DE10338227A1 - Vehicle with a device for separating individual fuel components from a fuel mixture - Google Patents

Vehicle with a device for separating individual fuel components from a fuel mixture Download PDF

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Abstract

Es wird ein Fahrzeug mit einer Trenn-Vorrichtung (1) zur Abtrennung einzelner Kraftstoffkomponenten (2, 10) aus einem flüssigen Kraftstoffgemisch (3), insbesondere Benzin oder Diesel, vorgeschlagen, bei dem die Abtrennung mit vergleichsweise geringerem Energiebedarf realisiert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Trenn-Vorrichtung (1) wenigstens eine Membran zur Flüssig-Flüssig-Abtrennung mindestens einer flüssigen Kraftstoffkomponente (2, 10) aus dem Kraftstoffgemisch (3) umfasst.A vehicle with a separation device (1) for separating individual fuel components (2, 10) from a liquid fuel mixture (3), in particular gasoline or diesel, is proposed, in which the separation is achieved with a comparatively lower energy requirement. This is achieved according to the invention in that the separating device (1) comprises at least one membrane for the liquid-liquid separation of at least one liquid fuel component (2, 10) from the fuel mixture (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Abtrennung einzelner Kraftstoffkomponenten aus einem flüssigen Kraftstoffgemisch, insbesondere Benzin oder Diesel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a vehicle with a device for separating individual fuel components from a liquid Fuel mixture, especially gasoline or diesel, according to the generic term of Claim 1.

Bei derzeitigen Fahrzeugen wie Personenkraftwagen bzw. Lastkraftwagen oder dergleichen werden während der Kaltstartphase des mit flüssigem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors relativ große Mengen an Schadstoffen emittiert, die einen großen Anteil an den Gesamtemissionen in bestimmten Fahrzyklen aufweisen, z.B. bis zu 70 % bezogen auf den Gesamtzyklus. Solange der Abgaskatalysator seine Betriebstemperatur nicht erreicht hat, trägt dieser nur unwesentlich zur Minderung der Schadstoff-Emissionen bei.In current vehicles such as passenger cars or trucks or the like during the cold start phase of the with liquid Fuel-operated internal combustion engine relatively large amounts of pollutants that make up a large proportion of total emissions in certain driving cycles, e.g. up to 70% based on the entire cycle. As long as the catalytic converter is at its operating temperature has not achieved this is only insignificant for reducing pollutant emissions at.

Um die Kaltstartemissionen zu reduzieren, ist beispielsweise bereits ein elektrisch beheizbarer Katalysator bekannt, der hierdurch schneller als passive Systeme seine Betriebstemperatur erreicht. Ein weiteres Konzept ist beispielsweise die Verwendung eines Vorkatalysators, der motornah angeordnet ist. Durch die höhere Abgastemperatur in Motornähe wird die Betriebstemperatur ebenfalls schneller erreicht. Eine weitere Möglichkeit zur Emissionsminderung ist die Verwendung bestimmter Zusatzstoffe (Additive) im Kraftstoff.To reduce cold start emissions is for example, an electrically heatable catalyst is already known, which makes its operating temperature faster than passive systems reached. Another concept is, for example, the use of a Pre-catalyst, which is arranged close to the engine. Due to the higher exhaust gas temperature near the engine the operating temperature also reaches faster. Another possibility to reduce emissions, the use of certain additives in fuel.

Darüber hinaus ist bereits die Verwendung geeigneter Kraftstofffraktionen, z.B. niedersiedende Anteile des Kraftstoffs, als Brennstoff in besonderen Betriebsphasen bekannt (vgl. z.B. US 6,119,637 oder DE 197 13 841 C1 ). Während der Kaltstartphase lässt sich hierdurch eine verbesserte Verbrennung der Rohemissionen des Motors erreichen.In addition, the use of suitable fuel fractions, for example low-boiling fractions of the fuel, as fuel in special operating phases is already known (cf. for example US 6,119,637 or DE 197 13 841 C1 ). In this way, an improved combustion of the raw emissions of the engine can be achieved during the cold start phase.

Nachteilig bei den bisher bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren, bei denen leichtsiedende bzw. niedersiedende Komponenten aus dem Kraftstoff abgetrennt werden, ist, der vergleichsweise große Energiebedarf zur Destillation bzw. Vakuumverdampfung des Kraftstoffgemisches mit anschließender Kondensation sowie der hiermit verbundene konstruktive Aufwand.A disadvantage of the previously known Devices or methods in which low-boiling or low-boiling Components are separated from the fuel, which is comparatively size Energy required for distillation or vacuum evaporation of the fuel mixture with following Condensation and the associated design effort.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Fahrzeug mit einer Trenn-Vorrichtung zur Abtrennung einzelner Kraftstoffkomponenten aus einem flüssigen Kraftstoffgemisch vorzuschlagen, bei dem die Abtrennung mit vergleichsweise geringerem Energiebedarf und konstruktivem Aufwand realisiert wird.In contrast, the object of the invention is a Vehicle with a separating device for separating individual fuel components from a liquid Propose fuel mixture in which the separation with comparative less energy and design effort is realized.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Fahrzeug der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is based on a vehicle of the type mentioned in the introduction, by the characteristic Features of claim 1 solved.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.By the mentioned in the subclaims activities are advantageous designs and developments of the invention possible.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Fahrzeug dadurch aus, dass die Trenn-Vorrichtung wenigstens eine Membran zur Abtrennung mindestens einer flüssigen Kraftstoffkomponente aus dem Kraftstoffgemisch umfasst, insbesondere ohne dass eine Gasphase der Kraftstoffkomponente und/oder des Kraftstoffgemischs vorgesehen ist.Accordingly, it stands out vehicle according to the invention characterized in that the separating device has at least one membrane for separating at least one liquid fuel component from the fuel mixture, in particular without a gas phase the fuel component and / or the fuel mixture is.

Mit Hilfe einer derartigen Trenn-Membran kann eine gezielte bzw. definierte Abtrennung einzelner Komponenten bzw. Fraktionen des Kraftstoffs nahezu uneingeschränkt realisiert werden. Beim Stand der Technik dagegen, kann lediglich ein undifferenziertes Gemisch unterschiedlicher Leichtsieder mit relativ niedrigem Siedepunkt hergestellt werden. Darüber hinaus ist die Selektivität bzw. die Trennschärfe bei der Verwendung einer Membran bzw. bei Membranverfahren gemäß der Erfindung deutlich verbessert.With the help of such a separating membrane a targeted or defined separation of individual components or Fractions of the fuel can be realized almost without restriction. At the State of the art, however, can only be an undifferentiated Mixture of different low boilers with a relatively low boiling point getting produced. About that beyond that is selectivity or the selectivity at the use of a membrane or in membrane processes according to the invention clearly improved.

Gegenüber der Destillation gemäß dem Stand der Technik wird mittels einer erfindungsgemäßen Membran deutlich weniger Energie benötigt, da unter anderem keine Verdampfung des Kraftstoffes und keine anschließende Kondensation mittels Kühlenergie vorzusehen ist. Zu dem kann die Vorrichtung mit der Membran gemäß der Erfindung deutlich kompakter als der Stand der Technik realisiert werden.Compared to the distillation according to the state the technology is significantly less by means of a membrane according to the invention Energy needed because, among other things, no evaporation of the fuel and no subsequent condensation by means of cooling energy is to be provided. In addition, the device with the membrane according to the invention significantly more compact than the state of the art.

Vorzugsweise ist die Membran zur Abtrennung der Kraftstoffkomponente in Abhängigkeit einer Molekülgröße, eines Diffusionskoeffizienten und/oder einer Polarität ausgebildet. Beispielsweise besteht die Membran im Wesentlichen aus einer Keramik, die im Allgemeinen resistent und innert ist sowie im Betrieb weder quellt noch sich bei entsprechenden Kohlenwasserstoffgemischen auflöst. Weiterhin kann die Membran im Wesentlichen aus einem Zeolit bestehen, der auf einem porösen Metallträger oder dergleichen aufgebracht ist und in vorteilhafter Weise eine Trennung nach der Molekülgröße als Molekularsieb realisiert. Darüber hinaus kann die Membran im Wesentlichen als Polymermembran ausgebildet werden, die gegebenenfalls oberflächendotiert ist und hierdurch in besonderer Weise eine Trennung aufgrund der Polarität der einzelnen Komponenten ermöglicht.The membrane is preferably for Separation of the fuel component depending on a molecular size, one Diffusion coefficient and / or a polarity formed. For example, there is the membrane is essentially made of a ceramic, which in general is resistant and innate and does not swell or become operational dissolves with appropriate hydrocarbon mixtures. Farther the membrane can essentially consist of a zeolite which on a porous Metal support or the like is applied and advantageously a separation according to the molecular size as a molecular sieve realized. About that In addition, the membrane can essentially be designed as a polymer membrane , which may be surface-doped and thereby in a special way a separation based on the polarity of the individual Components.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Vorrichtung und einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs wenigstens ein erstes Zufuhrelement zur Zuführung der Kraftstoffkomponente zur Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird eine innermotorische Verwendung der gezielt erzeugten Kraftstofffraktion vorzugsweise zur Emissionsreduzierung, insbesondere während einer Kaltstartphase, realisierbar. Durch die Verwendung bestimmter, gezielt erzeugter Kohlenwasserstoffgruppen bzw. -fraktionen lassen sich so die Motoremissionen sowohl während der Kaltstartphase als auch während einem Normalbetrieb in besonderen Anwendungsfällen deutlich reduzieren.In a special development of the invention, at least one first supply element for supplying the fuel component to the internal combustion engine is arranged between the device and an internal combustion engine of the vehicle. With the help of this measure, an internal engine use of the specifically generated fuel fraction, preferably for reducing emissions, can be realized, in particular during a cold start phase. By using certain, specifically generated hydrocarbon groups or fractions, engine emissions can be both significantly reduce during the cold start phase as well as during normal operation in special applications.

Darüber hinaus können mittels einer vorteilhaften Zuführung der gezielt abgetrennten Kraftstoffkomponente zur Verbrennungskraftmaschine neben der Emissionsminderung alternativ oder in Kombination hierzu auch nachteilige, beispielsweise aggressive bzw. korrosive Bestandteile des Kraftstoffgemisches entsprechend gezielt abgetrennt werden. Zum Beispiel bei Verwendung von Biodiesel oder dergleichen führen vor allem reaktive bzw. saure Komponenten aufgrund ihrer korrosiven Eigenschaft zum Ausfall von Motorkomponenten wie Pumpen, Injektoren, usw. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Abtrennung mittels einer Trennmembran werden diese nachteiligen Komponenten aus entsprechenden Kraftstoffen entfernt und beispielsweise in einer separaten Speichereinheit zwischengespeichert. Gegebenenfalls kann bei Wartungsarbeiten am Fahrzeug bzw. regelmäßig stattfindenden Inspektionen oder dergleichen diese Speichereinheit entleert werden. Gerade bei diesem Anwendungsbeispiel sind insbesondere Trennmembranen, die in Abhängigkeit der Polarität die Kraftstoffkomponente gezielt vom Kraftstoffgemisch abtrennen, in bevorzugter Weise zu verwenden. Weiterhin kann die Alterung bzw. Schlammbildung, d.h. die sogenannte "Sludge-Bildung", bei Biodiesel oder dergleichen mit Hilfe entsprechender Trennmembranen, die gerade die hierfür verantwortlichen Komponenten abtrennen, wirkungsvoll verhindert werden.In addition, by means of an advantageous feed the specifically separated fuel component to the internal combustion engine in addition to reducing emissions, alternatively or in combination also disadvantageous, for example aggressive or corrosive components of the fuel mixture can be separated accordingly. For example, when using biodiesel or the like all reactive or acidic components due to their corrosive Property for failure of engine components such as pumps, injectors, etc. With the help of the separation according to the invention by means of a separating membrane, these disadvantageous components removed from appropriate fuels and for example in a cached separate storage unit. If necessary during maintenance work on the vehicle or regular inspections or the like this storage unit can be emptied. Especially with this application example are in particular separation membranes that dependent on the polarity separate the fuel component from the fuel mixture, to use in a preferred manner. Aging or Sludge formation, i.e. the so-called "sludge formation" with biodiesel or the like With the help of appropriate separating membranes, which are precisely those responsible for this Detach components, effectively prevent them.

Alternativ oder in Kombination zur vorgenannten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Vorrichtung und einer Abgasbehandlungseinheit der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs wenigstens ein weiteres, zweites Zufuhrelement zur Zuführung der Kraftstoffkomponente zu einer Abgasbehandlungseinheit wie zum Beispiel zu einem Katalysator oder dergleichen angeordnet. Hiermit wird unter anderem ermöglicht, dass die gezielt abgetrennte Kraftstoffkomponente zur sogenannten nachmotorischen Verwendung bzw. Emissionsminderung gegebenenfalls während einer Kaltstartphase der Abgasbehandlungseinheit und/oder einer speziellen Abgasbehandlungsphase zugeführt werden kann. Gegebenenfalls ist die spezielle Abgasbehandlungsphase eine den Abgasstrom mittels einem Reduktionsmittel reduzierende Reduktionsphase.Alternatively or in combination with aforementioned development of the invention is between the device and an exhaust gas treatment unit of the internal combustion engine of the vehicle at least one further, second feed element for feed the fuel component to an exhaust gas treatment unit such as Example arranged to a catalyst or the like. Herewith is made possible, among other things, that the specifically separated fuel component becomes the so-called post-engine use or emission reduction if necessary while a cold start phase of the exhaust gas treatment unit and / or one special exhaust gas treatment phase can be supplied. Possibly is the special exhaust gas treatment phase by means of the exhaust gas flow a reducing agent reducing phase.

Beispielsweise wird die gezielt abgetrennte Kraftstoffkomponente gegebenenfalls auch als Vorläufersubstanz zur Herstellung von weiteren Betriebsmitteln bzw. als Reduktionsmittel zur Minderung von Stickoxidemissionen des Fahrzeugs verwendet. Für die Reduktion der Emissionen von Stickoxiden, insbesondere von mager betriebenen Verbrennungsmotoren wie Diesel- oder Benzin-Direkteinspritzern sind bereits sogenannte SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction-Verfahren) bekannt. Hierzu wird ein Reduktionsmittel benötigt, das mittels einem geeigneten Katalysator oder dergleichen mit den Stickoxiden des Abgasstromes zu Wasser, Stickstoff und Kohlendioxid reagiert.For example, the deliberately separated fuel component optionally also as a precursor for the production of other equipment or as a reducing agent used to reduce nitrogen oxide emissions from the vehicle. For the reduction the emissions of nitrogen oxides, especially lean ones Internal combustion engines such as diesel or gasoline direct injection SCR (Selective Catalytic Reduction) process known. For this purpose, a reducing agent is required that can be used with a suitable Catalyst or the like with the nitrogen oxides of the exhaust gas stream reacts to water, nitrogen and carbon dioxide.

Im Allgemeinen werden für entsprechende SCR-Verfahren Ammoniak oder Ammoniak bildende Substanzen verwendet. Gegebenenfalls können hierzu auch Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. Unterschiedliche Kohlenwasserstoffe besitzen jedoch ein unterschiedlich großes Reduktionspotenzial für entsprechende Emissionsminderungsverfahren. Bei der direkten Verwendung des Kraftstoffs als Reduktionsmittel entsteht beispielsweise ein Mehrverbrauch, der u.a. darauf zurückzuführen ist, dass bestimmte Kraftstofffraktionen für die Reduktion von NOx ungeeignet sind. Durch die gezielte Abtrennung der Kraftstoffkomponenten gemäß der Erfindung können besonderes geeignete Kohlenwasserstoffbestandteile bzw. -Fraktionen aus dem Kraftstoff gezielt abgetrennt werden, so dass gerade die Stickoxidreduktion des Abgases deutlich effizienter zu realisieren ist, wodurch insbesondere ein Mehrverbrauch des Kraftstoffs wirkungsvoll verhindert bzw. die Entstickung verbessert wird.Ammonia or ammonia-forming substances are generally used for corresponding SCR processes. If necessary, hydrocarbons can also be used for this. However, different hydrocarbons have different reduction potentials for corresponding emission reduction processes. When the fuel is used directly as a reducing agent, for example, additional consumption arises, which is due, among other things, to the fact that certain fuel fractions are unsuitable for the reduction of NO x . By deliberately separating the fuel components according to the invention, particularly suitable hydrocarbon constituents or fractions can be deliberately separated from the fuel, so that the nitrogen oxide reduction of the exhaust gas can be realized much more efficiently, which in particular prevents the fuel from being used more effectively or improves denitrification becomes.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die gezielt abgetrennten Kraftstoffkomponenten als Vorläufersubstanz für unterschiedlichste Anwendungsfälle verwendet. Vorzugsweise ist zwischen der Vorrichtung und einer Umformeinheit zur Umformung der Kraftstoffkomponente insbesondere zu einem Brennstoff einer Brennstoffzelleneinheit wenigstens ein weiteres bzw. drittes Zufuhrelement zur Zuführung der Kraftstoffkomponente zur Umformeinheit angeordnet. Hierdurch wird ermöglicht, dass die gezielt abgetrennte Kraftstoffkomponente als Vorläufersubstanz zur Reformierung bzw. zur Wasserstoffproduktion, für Crackverfahren oder dergleichen verwendbar ist. In vorteilhafter Weise wird hierzu als Ausgangsstoff vor allem der untere, sogenannte "Siedeschnitt", d.h. Leichtsieder, des Kraftstoffgemisches verwendet, da vor allem kurzkettige Kohlenwasserstoffe eine geringere Tendenz zur Kohlenstoffablagerung auf entsprechenden Katalysatoren aufweisen und somit insbesondere die Standzeit dieser Katalysatoren erhöht wird. Des weiteren weisen kurzkettige Kohlenwasserstoffe in vorteilhafter Weise einen höheren Wasserstoffgehalt auf.In an advantageous embodiment of the invention are the deliberately separated fuel components as a precursor for different use cases used. Is preferably between the device and a forming unit for converting the fuel component into a fuel in particular a fuel cell unit at least one further or third Feed element for feeding the fuel component to the forming unit. hereby is enabled that the specifically separated fuel component as a precursor for reforming or for hydrogen production, for cracking processes or the like can be used. This is advantageous the lower, so-called "boiling cut", i.e. Low boilers, of the fuel mixture used, especially short-chain hydrocarbons a lower tendency to carbon deposition on corresponding Have catalysts and thus in particular the service life of these Catalysts increased becomes. Furthermore, short-chain hydrocarbons advantageously have Way a higher Hydrogen content.

Generell kann gemäß der Erfindung ein Fahrzeug lediglich eines der drei Zufuhrelemente als auch alle drei Zufuhrelemente für entsprechende Anwendungsvarianten aufweisen. Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung mehrere Auslassöffnungen zur Ableitung unterschiedlicher Kraftstoffkomponenten auf. Beispielsweise ist an den Auslassöffnungen die oben genannten Zufuhrelemente angeordnet, so dass in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung eine gezielt hierfür abgetrennte Kraftstoffkomponente der Verbrennungskraftmaschine, Abgasbehandlungseinheit und/oder Umformeinheit zuzuführen ist.Generally, according to the invention, a vehicle only one of the three feed elements as well as all three feed elements for corresponding Show application variants. The device advantageously has several outlet openings to derive different fuel components. For example is at the outlet openings the above-mentioned feed elements arranged so that in more advantageous Way depending a specific fuel component for each application the internal combustion engine, exhaust gas treatment unit and / or Feed forming unit is.

Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung mehrere Membraneinheiten mit unterschiedlich ausgebildeten Membranen, wobei unterschiedliche Kraftstoffkomponenten bzw. Kohlenwasserstofffraktionen erzeugt und der jeweiligen Anwendung zugeführt werden. Vor allem alternativ hierzu kann eine Membran zur Abtrennung mehrerer, unterschiedlicher Kraftstoffkomponenten ausgebildet werden, wobei die Membran beispielsweise einen Gradienten der Porosität, Polarität, Durchlässigkeit oder dergleichen aufweist.The device advantageously comprises several Membrane units with differently designed membranes, wherein different fuel components or hydrocarbon fractions generated and fed to the respective application. Especially as an alternative For this purpose, a membrane can be used to separate several different ones Fuel components are formed, the membrane for example a gradient of porosity, Polarity, permeability or the like.

Beispielsweise mittels einer Membran, die einen Porengrößengradienten und entsprechende Seitenabzüge bzw. Auslassöffnungen für die abgetrennten Komponenten über der Lauflänge aufweist, können unterschiedliche Komponenten mit einem einzigen Membranmodul bereitgestellt werden.For example using a membrane, which have a pore size gradient and corresponding side deductions or outlet openings for the separated components over the barrel length has, can different components provided with a single membrane module become.

Entsprechende Membranmodule können in beliebiger Anordnung bzw. Ausführung realisiert werden. Gegebenenfalls können organische Polymermembrane sowie anorganischen Membrane aus Metall, Keramik, Glas oder Kohlenstoff verwendet werden. Beispielsweise werden mehrere Membranmodule in Parallelschaltung und/oder vorzugsweise in Reihenschaltung miteinander verschaltet.Corresponding membrane modules can be used in any Arrangement or execution will be realized. Optionally, organic polymer membranes as well as inorganic membranes made of metal, ceramic, glass or carbon be used. For example, several membrane modules in Parallel connection and / or preferably in series connection with one another connected.

In einer besonderen, vorteilhaften Anwendung der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor mit Common-Rail-Technologie realisierbar. Hierbei kann aufgrund der Art des vorhandenen Kraftstoffsystems die erfindungsgemäße Trenneinrichtung bzw. Membraneinheit bei entsprechenden Fahrzeugen besonders einfach integriert und/oder nachgerüstet werden, so dass der konstruktive Aufwand für die Umsetzung der Erfindung besonders gering ist.In a special, advantageous Application of the invention is a vehicle with a diesel engine Common rail technology realizable. This can be due to the nature of the existing fuel system the separation device according to the invention or membrane unit particularly simple in corresponding vehicles integrated and / or upgraded be so that the design effort for implementing the invention is particularly low.

Grundsätzlich kann die abgetrennte Komponente, d.h. Permeat, der Rest, d.h. das Retentat, bzw. bestimmte Kraftstofffraktionen entweder direkt den jeweiligen Verwendungen bzw. Verbrauchern zugeführt und/oder in vorteilhaften Zwischenspeichern zur zeitlichen Entkoppelung der Herstellung vom Verbrauch der jeweiligen Kraftstoffkomponenten zwischengespeichert werden. Im Allgemeinen kann sowohl das Permeat sowie das Retentat als Produkt bzw. Betriebsstoff zur Weiterverwendung im Fahrzeug vorgesehen werden.Basically, the separated Component, i.e. Permeate, the rest, i.e. the retentate, or certain Fuel fractions either directly the respective uses or supplied to consumers and / or in advantageous buffers for time decoupling the production of the consumption of the respective fuel components be cached. In general, both the permeate and the retentate as a product or operating material for further use be provided in the vehicle.

Generell können gemäß der Erfindung neue Fahrzeuge mit einer Membrantrennvorrichtung als auch ältere Fahrzeuge erfindungsgemäß aus- bzw. nachgerüstet werden, da sich das dargelegte System vergleichsweise einfach in die derzeit bestehenden Kraftfahrzeugkonzepte integrieren lässt. Beispielsweise kann zur Erzeugung eines Betriebsdrucks der Membranvorrichtung die bereits vorhandene Kraftstoffpumpe und/oder eine Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Systems als auch möglicherweise eine zusätzliche Pumpe verwendet werden. In besonderen Fällen können zur Druckbegrenzung bzw. Drosselung der Betriebsmedien vorhandene Drosseln und/oder entsprechend vorzusehende Drosseln im erfindungsgemäßen Membransystem vorgesehen werden.In general, new vehicles can according to the invention can be equipped or retrofitted with older vehicles according to the invention with a membrane separation device, since the system outlined is comparatively simple in the current existing automotive concepts can be integrated. For example Generation of an operating pressure of the membrane device already existing fuel pump and / or a high-pressure pump of a common rail system as well possibly a additional Pump can be used. In special cases, pressure limitation or throttling can be used of the operating media existing throttles and / or to be provided accordingly Chokes in the membrane system according to the invention be provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is based on the figures below explained in more detail.

Im Einzelnen zeigt:In detail shows:

1 eine schematisch dargestellte Variante der Erfindung mit einem Membranmodul, 1 2 shows a schematically represented variant of the invention with a membrane module,

2 eine schematisch dargestellte zweite Variante der Erfindung mit Membranmodul, 2 2 shows a schematically illustrated second variant of the invention with a membrane module,

3 eine schematisch dargestellte dritte Variante der Erfindung mit Membranmodul, 3 a schematically illustrated third variant of the invention with membrane module,

4 eine schematisch dargestellte vierte Variante der Erfindung mit Membranmodul, 4 a schematically illustrated fourth variant of the invention with membrane module,

5 schematisch dargestellte Ansteuerungen der Membranmodule gemäß der Erfindung und 5 schematically shown controls of the membrane modules according to the invention and

6 schematisch dargestellt ein kompaktes Membranmodul bzw. eine Verschaltung mehrerer Membranmodule zur Erzeugung mehrerer unterschiedlicher Kraftstoffkomponenten. 6 schematically shown a compact membrane module or an interconnection of several membrane modules to generate several different fuel components.

In 1 ist eine erste Variante eines Membranmoduls 1 bzw. einer Trennvorrichtung mit einer Membran gemäß der Erfindung zur On-Board-Abtrennung einer Kraftstoffkomponente 2 eines Kraftstoffs 3 dargestellt. Beispielhaft ist das Membranmodul 1 in einem sogenannten Common-Rail-System mit einem Verteiler 4 bzw. Common-Rail 4 aufgeführt. In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Trennvorrichtung bei Diesel betriebenen Kraft- bzw. Nutzfahrzeugen mit Common-Rail-Technologie aufgrund des bereits vorhandenen Kraftstoffsystems des Fahrzeuges integrierbar.In 1 is a first variant of a membrane module 1 or a separation device with a membrane according to the invention for on-board separation of a fuel component 2 of a fuel 3 shown. The membrane module is an example 1 in a so-called common rail system with a distributor 4 or common rail 4 listed. The separating device according to the invention can advantageously be integrated in diesel-powered motor vehicles or commercial vehicles with common rail technology due to the already existing fuel system of the vehicle.

Das Kraftstoffsystem umfasst insbesondere einen Tank 5, aus dem der Kraftstoff 3 mittels einer Pumpe 6 bzw. Hochdruckpumpe 6 zum Verteiler 4 befördert wird. GemäßThe fuel system in particular comprises a tank 5 from which the fuel 3 by means of a pump 6 or high pressure pump 6 to the distributor 4 is promoted. According to

1 ist eine Vordrossel 7 in Strömungsrichtung hinter dem Verteiler 4 und vor einer Abzweigung 8 angeordnet. Mittels der Abzweigung 8 wird der Kraftstoff in das Membranmodul 1 und über eine Hauptdrossel 9 zurück in den Tank 5 befördert. 1 is a choke 7 in the flow direction behind the distributor 4 and before a junction 8th arranged. By means of the junction 8th the fuel is in the membrane module 1 and a main choke 9 back in the tank 5 promoted.

Mit Hilfe des Membranmoduls 1 wird der Kraftstoff 3 in die Kraftstoffkomponente 2 bzw. Permeat 2 sowie in ein Retentat 10 getrennt bzw. aufgeteilt. Optional wird das Retentat 10 mittels einer Hauptdrossel 11 zurück in den Kraftstofftank 5 befördert. Alternativ hierzu kann das Retentat 10 in einen nicht näher dargestellten Zusatztank oder dergleichen befördert und zwischengespeichert werden.With the help of the membrane module 1 becomes the fuel 3 into the fuel component 2 or permeate 2 as well as in a retentate 10 separated or divided. The retentate is optional 10 by means of a main choke 11 back into the fuel tank 5 promoted. Alternatively, the retentate 10 transported into an additional tank or the like, not shown, and stored temporarily.

In nicht näher dargestellter Weise wird die Kraftstoffkomponente 2 zur innermotorischen und/oder nachmotorischen Emissionsminderung bzw. zur Aufbereitung beispielsweise für einen Reformer und/oder eine Brennstoffzellenanlage verwendet.In a manner not shown, the fuel component 2 used for internal engine and / or post-engine emission reduction or for processing, for example, for a reformer and / or a fuel cell system.

In den 2 bis 4 sind weitere, unterschiedlichste Varianten gemäß der Erfindung dargestellt. Gemäß 2 befindet sich die Abzweigung 8 in Strömungsrichtung vor dem Verteiler 4. In 3 ist eine zusätzliche Förderpumpe 12 vorgesehen, wobei die Abzweigung 8 optional zwischen den Pumpen 6 und 12 oder in Strömungsrichtung hinter der Hochdruckpumpe 6 vorzusehen ist. Gemäß 4 ist das Membranmodul 1 in einer Rückführung zum Tank 5 angeordnet.In the 2 to 4 further, very different variants are shown according to the invention. According to 2 is the junction 8th in the flow direction in front of the distributor 4 , In 3 is an additional feed pump 12 provided, the junction 8th optionally between the pumps 6 and 12 or in the direction of flow behind the high pressure pump 6 is to be provided. According to 4 is the membrane module 1 in a return to the tank 5 arranged.

Generell kann der Einbau des Membranmoduls 1 an einer geeigneten Stelle z.B. gemäß den 1 bis 4 im Kraftstoffsystem erfolgen, so dass der Kraftstoff 3 einen nicht näher dargestellten Kraftstofffilter oder dergleichen vor dem Eintritt in die Trenneinrichtung 1 bzw. in das Membranmodul 1 passiert. Des Weiteren ist der Einbauort im Wesentlichen vom Druck des Kraftstoffs 3 abhängig. Grundsätzlich kann das Membranmodul 1 überall dort im System angeordnet werden, wo ein ausreichend hoher Kraftstoffdruck, z.B. zwischen 1 und 2000 bar, vorhanden ist.Generally the installation of the membrane module 1 at a suitable location, e.g. according to the 1 to 4 done in the fuel system so that the fuel 3 a fuel filter or the like, not shown, before entering the separation device 1 or in the membrane module 1 happens. Furthermore, the installation location is essentially based on the pressure of the fuel 3 dependent. Basically, the membrane module 1 anywhere in the system where there is a sufficiently high fuel pressure, for example between 1 and 2000 bar.

Sofern der durch die Kraftstoffpumpe 6, 12 aufgebaute Vordruck für das Membranmodul 1 zu groß ist und die Pumpe 6, 12 nicht direkt gedrosselt werden kann, wird der Vordruck insbesondere durch den Einbau der Drossel 7 gesenkt. Eine weitere Drossel 11 ist gegebenenfalls rententatseitig in Strömungsrichtung hinter dem Membranmodul 1 zum Halten eines vorteilhaften Vordrucks vorzusehen.Provided that by the fuel pump 6 . 12 built up form for the membrane module 1 is too big and the pump 6 . 12 cannot be throttled directly, the admission pressure is particularly reduced by installing the throttle 7 lowered. Another choke 11 If necessary, it must be provided on the rent side in the flow direction behind the membrane module 1 to maintain an advantageous pre-pressure.

Generell ist gemäß den 1 bis 4 insbesondere ein Kraftstoffrücklauf zum Tank 5 nicht abgetrennter Kraftstofffraktionen 10, z.B. Retentat 10, und/oder Leckströme oder ein Überlauf für überschüssige Kraftstofffraktionen 2, 10 aus den jeweiligen Speicherbehältern, die beispielsweise sowohl zum Zwischenspeichern vom Retentat 10, Leckströmen, Permeat 2, usw. vorgesehen sind, Bestandteil des Systems gemäß der Erfrindung. Die Rückführung kann beispielsweise derart ausgeführt werden, dass sie in vorteilhafterweise als Überlauf beim Versagen bestimmter Anlagenkomponenten ausgebildet ist, so dass nahezu kein Kraftstoff in die Umgebung gelangen kann.Generally according to the 1 to 4 especially a fuel return to the tank 5 fuel fractions not separated 10 , e.g. retentate 10 , and / or leakage currents or an overflow for excess fuel fractions 2 . 10 from the respective storage containers, for example both for temporary storage of the retentate 10 , Leakage currents, permeate 2 , etc. are part of the system according to the invention. The return can be carried out, for example, in such a way that it is advantageously designed as an overflow when certain system components fail, so that almost no fuel can get into the environment.

In 5 ist die Verschaltung des Membranmoduls 1 als Variante a, bei der lediglich ein Teilstrom dem Membranmodul 1 zugeführt wird, und eine Variante b, bei der der gesamte Kraftstoffstrom 3 dem Membranmodul 1 zugeführt wird, dargestellt.In 5 is the connection of the membrane module 1 as variant a, in which only a partial flow the membrane module 1 is supplied, and a variant b, in which the total fuel flow 3 the membrane module 1 is shown.

In 6 ist eine Variante a dargestellt, bei dem ein Membranmodul 1 vorgesehen ist, das zahlreiche, unterschiedliche Fraktionen zur weiteren Verwendung separat mittels dem Modul 1 erzeugt. Beispielsweise kann dies mittels einer einzigen Membran realisiert werden, die gegebenenfalls einen Porengrößengradienten und entsprechende Seitenabzüge 13 für die abgetrennten Fraktionen über der Lauflänge der Membran aufweist, so dass unterschiedliche Fraktionen mit einem einzigen Modul 1 bereit gestellt werden. Die Bereitstellung unterschiedlicher Fraktionen kann auch durch die vorteilhafte Verwendung bzw. Verschaltung mehrerer Membranmodule 1 gemäß den beiden Varianten in 6b verwirklicht werden. Zur besseren Verdeutlichung sind in 6b die einzelnen Permeatströme als P1 bis Pn und die Retentatströme als R1 bis Rn bezeichnet.In 6 A variant a is shown in which a membrane module 1 it is provided that numerous, different fractions for further use separately by means of the module 1 generated. For example, this can be achieved by means of a single membrane, which may have a pore size gradient and corresponding side deductions 13 for the separated fractions over the length of the membrane, so that different fractions with a single module 1 to be provided. Different fractions can also be provided by the advantageous use or interconnection of a plurality of membrane modules 1 according to the two variants in 6b be realized. For better clarification, in 6b the individual permeate streams as P1 to Pn and the retentate streams as R1 to Rn.

Generell weist das Kraftstoffsystem des Fahrzeugs gemäß der Erfindung mindestens ein an vorteilhafter Stelle gemäß den 1 bis 4 dargestellten Varianten ein Membranmodul 1 auf. Die Anzahl der Membranmodule 1 sowie deren Art, Werkstoff und Verschaltung wird je nach Trennaufgabe festgelegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aus beliebig vielen Membranmodulen 1 in beliebiger Anordnung, Ausführung und aus geeigneten Werkstoffen, z.B. organische Polymermembranen sowie anorganische Membranen aus Metall, Keramik, Glas oder Kohlenstoff bestehen. Verschaltungsmöglichkeiten für mehrere Membranmodule 1 sind insbesondere in 6b dargestellt, wobei die vorteilhaftere Ausführung die Reihenschaltung darstellt.In general, the fuel system of the vehicle according to the invention has at least one advantageous location according to the 1 to 4 shown variants a membrane module 1 on. The number of membrane modules 1 as well as their type, material and wiring is determined depending on the separation task. The device according to the invention can consist of any number of membrane modules 1 in any arrangement, design and made of suitable materials, such as organic polymer membranes and inorganic membranes made of metal, ceramic, glass or carbon. Connection options for several membrane modules 1 are particularly in 6b shown, the more advantageous embodiment representing the series connection.

In den 1 bis 4 ist lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit eine einziges Membranmodul 1 dargestellt. Dies kann gemäß der Erfindung insbesondere auch als Modul 1 bzw. Verschaltung mehrerer Module 1 gemäß der 6 ausgebildet werden.In the 1 to 4 is only a single membrane module for the sake of clarity 1 shown. According to the invention, this can in particular also be a module 1 or interconnection of several modules 1 according to the 6 be formed.

Grundsätzlich kann gemäß der Erfindung Biodiesel aufbereitet werden, wobei neben den Vorratsbehältern für die Betriebstoffe der Emissionsminderung zumindest ein weiteres Behältnis vorzusehen ist, in dem die abgetrennten, unerwünschten Biodieselkomponenten 10 zwischengespeichert werden können. Der nicht näher dargestellte Behälter wird in regelmäßigen Abständen, z.B. bei der Inspektion, geleert oder beispielsweise dessen Inhalt bei geeigneter, insbesondere relativ hoher Abgastemperatur vor dem nicht näher dargestellten Abgaskatalysator, z.B. einem Oxidationskatalysator oder dergleichen, in den Abgasstrom eingebracht bzw. mittels einer Düse eingedüst und am Abgaskatalysator im Wesentlichen zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.In principle, biodiesel can be processed according to the invention, wherein in addition to the storage containers for the operating materials for reducing emissions, at least one further container is to be provided in which the separated, undesired biodiesel components 10 can be cached. The container (not shown in more detail) is emptied at regular intervals, for example during the inspection, or its contents are introduced into the exhaust gas stream or injected by means of a nozzle, for example, at a suitable, in particular relatively high, exhaust gas temperature upstream of the exhaust gas catalyst (not shown), for example an oxidation catalyst or the like and essentially oxidized to carbon dioxide and water on the catalytic converter.

11
Membranmodulmembrane module
22
KraftstoffkomponenteFuel component
33
Kraftstofffuel
44
Verteilerdistributor
55
Tanktank
66
Pumpepump
77
Drosselthrottle
88th
Retentatretentate
99
Abzweigungdiversion
1010
Retentatretentate
1111
Drosselthrottle
1212
Pumpepump
1313
Seitenabzügeside vents
PP
Permeatpermeate
RR
Retentatretentate

Claims (10)

Fahrzeug mit einer Vorrichtung (1) zur Abtrennung einzelner Kraftstoffkomponenten (2, 10) aus einem flüssigen Kraftstoffgemisch (3), insbesondere Benzin oder Diesel, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine Membran zur Flüssig-Flüssig-Abtrennung mindestens einer flüssigen Kraftstoffkomponente (2, 10) aus dem Kraftstoffgemisch (3) umfasst.Vehicle with a device ( 1 ) to separate individual fuel components ( 2 . 10 ) from a liquid fuel mixture ( 3 ), in particular gasoline or diesel, characterized in that the device ( 1 ) at least one membrane for liquid-liquid separation of at least one liquid fuel component ( 2 . 10 ) from the fuel mixture ( 3 ) includes. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran zur Abtrennung der Kraftstoffkomponente (2, 10) in Abhängigkeit einer Molekülgröße, eines Diffusionskoeffizienten und/oder einer Polarität ausgebildet ist.Vehicle according to claim 1, characterized in that the membrane for separating the fuel component ( 2 . 10 ) depending on a molecular size, a diffusion coefficient and / or a polarity. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung (1) und einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs wenigstens ein erstes Zufuhrelement (13) zur Zuführung der Kraftstoffkomponente (2, 10) zur Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that between the device ( 1 ) and an internal combustion engine of the vehicle at least a first feed element ( 13 ) to supply the fuel component ( 2 . 10 ) is arranged to the internal combustion engine. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung (1) und einer Abgasbehandlungseinheit der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs wenigstens ein zweites Zufuhrelement (13) zur Zuführung der Kraftstoffkomponente (2, 10) zur Abgasbehandlungseinheit angeordnet ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that between the device ( 1 ) and an exhaust gas treatment unit of the internal combustion engine of the vehicle, at least one second supply element ( 13 ) to supply the fuel component ( 2 . 10 ) is arranged to the exhaust gas treatment unit. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung (1) und einer Umformeinheit zur Umformung der Kraftstoffkomponente (2, 10) zu einem Brennstoff einer Brennstoffzelleneinheit wenigstens ein drittes Zufuhrelement (13) zur Zuführung der Kraftstoffkomponente (2, 10) zur Umformeinheit angeordnet ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that between the device ( 1 ) and a forming unit for forming the fuel component ( 2 . 10 ) to a fuel of a fuel cell unit at least a third feed element ( 13 ) to supply the fuel component ( 2 . 10 ) is arranged to the forming unit. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere Auslassöffnungen zur Ableitung unterschiedlicher Kraftstoffkomponenten (2, 10) aufweist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) several outlet openings to discharge different fuel components ( 2 . 10 ) having. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere Membraneinheiten (1) mit unterschiedlich ausgebildeten Membranen umfasst.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) several membrane units ( 1 ) with differently formed membranes. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran zur Abtrennung mehrerer, unterschiedlicher Kraftstoffkomponenten (2, 10) ausgebildet ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane for separating several different fuel components ( 2 . 10 ) is trained. Verfahren zur Abtrennung einzelner Kraftstoffkomponenten (2, 10) aus einem flüssigen Kraftstoffgemisch (3), insbesondere Benzin oder Diesel, eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Membranverfahren zur Flüssig-Flüssig-Abtrennung mindestens einer flüssigen Kraftstoffkomponente (2, 10) aus dem Kraftstoffgemisch (3) verwendet wird.Process for the separation of individual fuel components ( 2 . 10 ) from a liquid fuel mixture ( 3 ), in particular gasoline or diesel, of a vehicle, characterized in that at least one membrane method for the liquid-liquid separation of at least one liquid fuel component ( 2 . 10 ) from the fuel mixture ( 3 ) is used. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet wird.A method according to claim 9, characterized in that the vehicle is designed according to one of the preceding claims becomes.
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