DE19917753A1 - Emulsionskraftstoff - Google Patents
EmulsionskraftstoffInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Emulsionskraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine, der die nachfolgenden Bestandteile aufweist: DOLLAR A - Kraftstoff, DOLLAR A - Wasser (5) und DOLLAR A - einen Emulgator (9). DOLLAR A Um zu verhindern, dass sich in einer Verbrennungskraftmaschine bei der Verbrennung dieses Emulsionskraftstoffes Ablagerungen ablagern, schlägt die Erfindung vor, dass das Wasser (5) hochgradig demineralisiert ist und eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 5 È 10·-6· Siemens aufweist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Emulsionskraftstoff
für eine Verbrennungskraftmaschine, der die nachfolgenden
Bestandteile aufweist:
- - Kraftstoff,
- - Wasser und
- - einen Emulgator.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung eines solchen
Emulsionskraftstoffs.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Emulsion aus
Kraftstoff und Wasser zum Betrieb von herkömmlichen
Verbrennungskraftmaschinen einzusetzen. An den
Verbrennungskraftmaschinen müssen dazu nur geringe
Veränderungen vorgenommen werden. Diese Veränderungen sind
notwendig, da nach der Verbrennung von Emulsionskraftstoff
Abgase mit einem erhöhten Anteil von Wasserdampf in dem
Brennraum enthalten sind. Abgase mit einem Wasserdampfanteil
leiten die Wärme wesentlich besser als "trockene" Abgase ohne
oder mit sehr wenig Wasserdampf. Diese höhere
Temperaturleitfähigkeit führt zu höheren Temperaturen an den
Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine, obwohl die
Temperatur der Abgase selbst durch den Temperaturentzug des
Wassers um ca. 30°C gegenüber "trockenen" Abgasen gesenkt
wird.
Als Veränderungen der Verbrennungskraftmaschine wird zum einen
die herkömmliche Kraftstoffförderpumpe entfernt und durch eine
entsprechende Pumpe der Vorrichtung zur Herstellung eines
Emulsionskraftstoffes ersetzt. Zum anderen kann es
erforderlich sein, das Material der Auslassventile der
Verbrennungskraftmaschine an die aufgrund des Einsatzes des
Emulsionskraftstoffes veränderten Verbrennungsverhältnisse
anzupassen. Schließlich können die Auslassventile durch
geeignete Ventildrehvorrichtungen gedreht werden, um eine
gleichmäßige Belastung des Ventiltellers zu erzielen. Durch
den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen mit einem
Emulsionskraftstoff erhofft man sich zum einen einen
verminderten Kraftstoffverbrauch und zum anderen verringerte
Abgasemissionen der Verbrennungskraftmaschine.
Aus der US 3,818,876 ist ein Emulsionskraftstoff für eine
Verbrennungskraftmaschine bekannt, durch den insbesondere die
Stickstoffoxyde (NOx) und die Kohlenmonoxyde in den Abgasen der
Verbrennungskraftmaschine reduziert werden sollen. Der dort
offenbarte Emulsionskraftstoff besteht aus Kraftstoff,
entionisiertem Wasser und einem Emulgator. Mit diesem
Emulsionskraftstoff wird eine herkömmliche
Verbrennungskraftmaschine betrieben, indem über eine
Kraftstoffpumpe der Verbrennungskraftmaschine statt eines
herkömmlichen Kraftstoffs der Emulsionskraftstoff zugeführt
wird.
Aufgrund des Wassers in dem Emulsionskraftstoff kommt es zu
einem veränderten Verbrennungsablauf in dem Brennraum der
Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird die
Verbrennungstemperatur reduziert und der Verbrennungsablauf
dauert länger. Nach dem Zuführen des Emulsionskraftstoffs in
den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine bildet sich ein
feiner Nebel bestehend aus einem Kraftstoffemulsions-Luft-
Gemisch. Jedes Tröpfchen dieses Nebels enthält Kraftstoff und
Wasser. In dem heissen Brennraum kommt es zunächst zu einer
Mikroexplosion, die durch den in den einzelnen Nebeltröpfchen
schlagartig verdampfenden Wasseranteil hervorgerufen wird. Die
Wasseranteile werden in Wasserdampf mit einer Temperatur von
über 1500°C und einer entsprechenden Volumenvergrößerung
umgewandelt. Nachdem der Wasseranteil aus den Nebeltröpfchen
verdampft ist, wird der Kraftstoffanteil der Nebeltröpfchen in
dem Brennraum verbrannt. Die nach dem Verdampfen des
Wasseranteils freien Kraftstoffanteile der Nebeltröpfchen
weisen eine besonders große Oberfläche auf, die eine besonders
gründliche Verbrennung des Kraftstoffs ermöglicht. Dadurch
können die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe stark
vermindert werden. Insbesondere Kohlenmonoxid (CO) kann auf
nahezu Null reduziert werden und es fällt praktisch kein Ruß
(Kohlenstoff, C) an.
Bei dem vorbekannten Emulsionskraftstoff wird entionisiertes
Wasser verwendet. Die Reinheit von entionisiertem Wasser wird
mit Hilfe der Leitfähigkeit des Wassers kontrolliert. Die
Leitfähigkeit einer Flüssigkeit hängt ab von der Anzahl, der
Ladungsdichte und der Beweglichkeit der in der Flüssigkeit
enthaltenen Ionen. Ein hoher Leitfähigkeitswert einer
Flüssigkeit ist ein Anzeichen dafür, dass in der Flüssigkeit
relativ viele Salze oder andere Elektrolyte gelöst sind.
Herkömmliches entionisiertes Wasser, wie es bei dem
vorbekannten Emulsionskraftstoff Verwendung findet, hat eine
Leitfähigkeit, die etwa im Bereich von 25.10-6 Siemens liegt.
In entionisiertem Wasser mit einem derartigen
Leitfähigkeitswert sind jedoch noch so viele Salze und andere
Elektrolyte gelöst, dass die Verwendung eines
Emulsionskraftstoffes, der als Wasserbestandteil herkömmliches
entionisiertes Wasser enthält, lediglich einen Kurzzeitbetrieb
der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Die bei einer
Leitfähigkeit im Bereich von 25.10-6 Siemens in dem Wasser
gelösten Salze und andere Elektrolyte lagern sich während der
Verbrennung des Emulsionskraftstoffes, insbesondere während
der Verdampfung des in dem Emulsionskraftstoff enthaltenen
Wassers, im Inneren der Verbrennungskraftmaschine ab. Die
Ablagerungen führen an den beweglichen Teilen der
Verbrennungskraftmaschine zu einer Schwergängigkeit der
Bewegung und nach längeren Betriebszeiten der
Verbrennungskraftmaschine sogar zu einer Hemmung der Bewegung.
Die Folge sind eine schwergängige oder sogar beschädigte
Verbrennungskraftmaschine. Die Ablagerungen an den beweglichen
Teilen der Verbrennungskraftmaschine können auch zu einem
erhöhten Verschleiss und zu einer beträchtlichen Verkürzung
der Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine führen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Emulsionskraftstoff der eingangs genannten Art dahingehend
auszugestalten und weiterzubilden, dass beim Betrieb einer
Verbrennungskraftmaschine mit dem Emulsionskraftstoff ein
Langzeitbetrieb der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
dem Emulsionskraftstoff der eingangs genannten Art vor, dass
das Wasser hochgradig demineralisiert ist und eine elektrische
Leitfähigkeit von weniger als 5.10-6 Siemens aufweist.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Ablagerungen an
den beweglichen Teilen im Inneren der
Verbrennungskraftmaschine dadurch vermindert werden können,
dass die Menge der in dem Wasser des Emulsionskraftstoffs
gelösten Salze und Elektrolyte reduziert wird. Es hat sich
gezeigt, dass bei der Verwendung von hochgradig
demineralisiertem Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit
von weniger als 5.10-6 Siemens für den Emulsionskraftstoff die
Lebensdauer einer mit einem solchen Emulsionskraftstoff
betriebenen Verbrennungskraftmaschine entscheidend verlängert
werden kann. Die Ablagerungen an den beweglichen Teilen im
Inneren der Verbrennungskraftmaschine sind so gering, dass
eine mit dem erfindungsgemäßen Emulsionskraftstoff betriebene
Verbrennungskraftmaschine mindestens eine ebenso hohe
Lebensdauer hat, wie mit herkömmlichem Kraftstoff betriebene
Verbrennungskraftmaschinen. Vorteilhafterweise weist das
verwendete hochgradig demineralisierte Wasser eine
Leitfähigkeit von 1 bis 2.10-6 Siemens auf.
Ein weiterer Vorteil einer mit dem erfindungsgemäßen
Emulsionskraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine
besteht darin, dass Abgaswärmetauscher oder Dampfkessel keine
Ablagerungen an den Wärmetauscherrohren aufweisen und stets
optimale Wärmeübergänge vorhanden sind. Der gesamte
Abgasstrang bleibt sauber, die Wärmetauscher müssen nicht mehr
gereinigt werden.
Die Verbrennungskraftmaschine arbeitete vorzugsweise nach dem
Selbstzünder-Diesel-Prinzip. Durch den Betrieb einer
Verbrennungskraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen
Emulsionskraftstoff können die in den Abgasen der
Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Schadstoffe,
insbesondere die Emission von Kohlenwasserstoffen, Stickoxyden
und Ruß entscheidend reduziert werden. So wird beispielsweise
die Emission von Ruß in den Abgasen der
Verbrennungskraftmaschine um etwa 70% reduziert. Ruß besteht
aus Kohlenstoff, der sehr scharfkantige Moleküle aufweist. Die
scharfkantigen Moleküle des Rußes führen zu einem starken
Verschleiss im Bereich der beweglichen Teile der
Verbrennungskraftmaschine. Durch die Reduktion der Rußmenge in
den Abgasen einer mit dem erfindungsgemäßen
Emulsionskraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine kann
die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine zusätzlich
verlängert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Lebensdauer
von Verbrennungskraftmaschinen, die mit dem erfindungsgemäßen
Emulsionskraftstoff betrieben werden, um etwa 30% über der
Lebensdauer von Verbrennungskraftmaschinen liegt, die mit
herkömmlichem Kraftstoff betrieben werden. Mit dem
erfindungsgemäßen Emulsionskraftstoff können Laufleistungen
von 30.000 Stunden und mehr erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Emulsionskraftstoff über 20
Volumenprozent Wasser aufweist. Vorteilhafterweise weist der
Emulsionskraftstoff etwa 30 Volumenprozent Wasser auf.
Des Weiteren wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
vorgeschlagen, dass der Emulsionskraftstoff unter 0,3
Volumenprozent eines Emulgators aufweist. Vorzugsweise weist
der Emulsionskraftstoff zwei Promille Emulgator auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung enthält der Emulgator ein Korrosionsschutzmittel.
Durch das Korrosionsschutzmittel wird verhindert, dass es
aufgrund des in dem Emulsionskraftstoff enthaltenen Wassers zu
einer Korrosion im Inneren der Verbrennungskraftmaschine
kommt. Das Korrosionsschutzmittel ist vorzugsweise auf ein
Trägeröl aufgebracht und zusammen mit dem Trägeröl in dem
Emulgator enthalten.
Vorteilhafterweise besteht der Emulgator ausschließlich aus
organischen Komponenten. Insbesondere enthält der Emulgator in
dem erfindungsgemäßen Emulsionskraftstoff kein Paraffin. Das
hat zur Folge, dass bei der Verbrennung des
Emulsionskraftstoffes in dem Brennraum auch der Emulgator, das
Trägeröl und das Korrosionsschutzmittel vollkommen
rückstandsfrei verbrennen. Dadurch können die Ablagerungen an
den beweglichen Teilen im Inneren der
Verbrennungskraftmaschine weiter vermindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kraftstoff in dem
Emulsionskraftstoff aus einer einzigen Kraftstoffart besteht.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Kraftstoff in dem
Emulsionskraftstoff aus einer Kombination mehrerer
unterschiedlicher Kraftstoffarten besteht. Als Kraftstoffarten
können grundsätzlich sämtliche herkömmliche Kraftstoffe, wie
beispielsweise Dieselkraftstoff, Benzin, leichtes Heizöl oder
Rapsöl eingesetzt werden. Durch den Wasseranteil in dem
Emulsionskraftstoff verändert sich der Verbrennungsablauf und
das Zündverhalten des Emulsionskraftstoffes derart, dass als
Kraftstoffbestandteil für den Emulsionskraftstoff auch solche
Kraftstoffarten verwendet werden können, die aus
unterschiedlichen Gründen für den Betrieb einer
selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine bisher nicht in
Betracht kamen. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise die
Kraftstoffarten Schweröl, Altöl und Naphtha zu nennen. Um
Schweröl als Kraftstoff für den Emulsionskraftstoff verwenden
zu können, muss das Schweröl verflüssigt werden. Deshalb
geschieht das Vermischen des Schweröls mit Wasser unter Druck
und unter Wärmezufuhr. Das Vermischen von Schweröl mit Wasser
erfolgt beispielsweise bei 4 bis 8 bar und 150°C. Naphtha
entsteht als Vorprodukt bei der Herstellung von
Dieselkraftstoff. Naphtha alleine ist für den Betrieb von
selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen ungeeignet, da es
eine zu geringe Klopffestigkeit aufweist. Durch den
Wasseranteil in dem erfindungsgemäßen Emulsionskraftstoff wird
der Verbrennungsablauf und das Zündverhalten derart günstig
beeinflusst, dass auch Naphtha problemlos als
Kraftstoffbestandteil des Emulsionskraftstoffes eingesetzt
werden kann, ohne dass der Kraftstoffverbrauch oder die
Abgasemissionen übermäßig ansteigen und ohne dass es zu einer
signifikanten Verkürzung der Lebensdauer der
Verbrennungskraftmaschine kommt. Der Betrieb von
Verbrennungskraftmaschinen mit einem Emulsionskraftstoff aus
Naphtha und Wasser ist insbesondere in Schwellenländern und
Entwicklungsländern interessant, wo Naphtha in großen Mengen
zu günstigen Preisen vorhanden ist und z. Zt. nur in
Gasturbinen mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad verbraucht
wird.
Die in dem Emulsionskraftstoff enthaltenen Kraftstoffarten
können gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sogar giftige Öle umfassen, ohne dass es aufgrund
der Verbrennung der giftigen Öle in dem Brennraum der
Verbrennungskraftmaschine zu einem Anstieg der Abgasemissionen
käme. Das liegt daran, dass durch den Wasseranteil in dem
Emulsionskraftstoff der Verbrennungsablauf und das
Zündverhalten des Kraftstoffs so günstig beeinflusst werden,
d. h. die Verbrennungstemperaturen reduziert und die
Verbrennung verlängert, dass die Schadstoffe in giftigen Ölen
ohne giftige Rückstände verbrannt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend
auszugestalten und weiterzubilden, dass ein Kraftstoff
hergestellt wird, der zu besonders geringen Ablagerungen auf
den beweglichen Teilen der Verbrennungskraftmaschine und damit
zu einer besonders hohen Laufleistung der
Verbrennungskraftmaschine führt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass zu dem
Kraftstoff eine erste Volumeneinheit von hochgradig
demineralisiertem Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit
von weniger als 5.10-6 Siemens und eine zweite Volumeneinheit
des Emulgators hinzugegeben wird, wobei die erste
Volumeneinheit und die zweite Volumeneinheit in Abhängigkeit
von dem momentanen Kraftstoffbedarf der
Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird.
Vorteilhafterweise wird die Größe der ersten Volumeneinheit in
Abhängigkeit von dem Belastungszustand der
Verbrennungskraftmaschine und/oder in Abhängigkeit von der
Abgastemperatur geregelt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass das hochgradig demineralisierte Wasser aus
herkömmlichem Wasser durch Entsalzung und/oder
Wasseraufbereitung gewonnen wird. Vorteilhafterweise wird im
Rahmen der Wasseraufbereitung eine Umkehrosmose durchgeführt.
Bei der Umkehrosmose wird Wasser durch eine semipermeable
Membran gedrückt. Die Wassermoleküle können durch die Poren
der semipermeablen Membran hindurchtreten, während die Salz-
und anderen Elektrolytmoleküle nicht durch die Poren hindurch
passen und von der semipermeablen Membran zurückgehalten
werden. Durch die Kombination von Entsalzung und Umkehrosmose
kann aus herkömmlichem Wasser auf einfache Art und Weise
hochdemineralisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit von unter
5.10-6 Siemens gewonnen werden. Um eine hohe Reinheit des
hochgradig demineralisierten Wassers sicherzustellen, wird es
in bedarfsgerechten Mengen gewonnen und unmittelbar nach der
Gewinnung in den Emulsionskraftstoff eingebracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Kraftstoff von einer Druckhaltepumpe,
das Wasser von einer ersten Dosierpumpe und der Emulgator von
einer zweiten Dosierpumpe in einen Emulsionskraftstoff-
Kreislauf gepumpt wird, in dem Mittel zum Vermischen des
Kraftstoffs mit dem Wasser und dem Emulgator angeordnet sind,
und von dem ein Emulsions-Vorlauf zu einer Einspritzpumpe der
Verbrennungskraftmaschine abzweigt und in den ein Rücklauf von
der Verbrennungskraftmaschine mündet.
Vorteilhafterweise weisen die Mittel zum Vermischen des
Kraftstoffs mit dem Wasser und dem Emulgator eine Kreislauf-
Druckpumpe und eine Zerstäuber-Mischdüse auf, die in dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf angeordnet sind. Die Kreislauf-
Druckpumpe wälzt den Emulsionskraftstoff vorzugsweise mit
einem Mehrfachen des Kraftstoffbedarfs der
Verbrennungskraftmaschine in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf
um. Auf diese Weise wird stets eine gute Vermischung des
Kraftstoffs mit dem Wasser und dem Emulgator gewährleistet.
Der an dem Vorlauf entnommene Emulsionskraftstoff weist somit
stets eine homogene Zusammensetzung auf.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird der Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine durch
einen Kraftstoffzähler gemessen, der zwischen der
Druckhaltepumpe und dem Emulsionskraft-Kreislauf angeordnet
ist. In dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf herrscht
vorteilhafterweise ein Druck von über 1,5 bar. Vorzugsweise
herrscht in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf in
Umwälzrichtung zwischen der Zerstäuber-Mischdüse und der
Kreislauf-Druckpumpe ein Druck von 1,5 bar bis 10 bar. In dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf in Umwälzrichtung zwischen der
Kreislauf-Druckpumpe und der Zerstäuber-Mischdüse herrscht
vorzugsweise ein Druck von 15 bar bis 25 bar.
Wenn an dem Vorlauf Kraftstoff für die Einspritzpumpe der
Verbrennungskraftmaschine entnommen wird, führt dies zu einem
Druckabfall in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf. Die
Druckhaltepumpe weist ein Druckhalteventil auf. Sie gleicht
den Druckabfall durch das Fördern von Kraftstoff in den
Emulsionskraftstoff-Kreislauf aus und hält den eingestellten
Druck konstant. Der von der Druckhaltepumpe geförderte
Kraftstoff wird von dem Kraftstoffzähler gemessen. Die von dem
Kraftstoffzähler gemessene Kraftstoffmenge entspricht dem
Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine, der dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf über den Vorlauf entnommen
wurde. In Abhängigkeit der von dem Kraftstoffzähler gemessenen
Kraftstoffmenge werden die erste Dosierpumpe zur Förderung des
hochgradig demineralisierten Wassers und die zweite
Dosierpumpe zur Förderung des Emulgators derart angesteuert,
dass das Mischverhältnis zwischen Kraftstoff, Wasser und
Emulgator stets konstant bleibt.
Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
dähingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass ein
Emulsionskraftstoff hergestellt werden kann, der zu geringen
Ablagerungen an den beweglichen Teilen im Inneren einer
Verbrennungskraftmaschine führt und damit zu einer höheren
Laufleistung der Verbrennungskraftmaschine führt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
der Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Vorrichtung
vor, die gekennzeichnet ist durch
- - einen Mischraum zur Aufnahme des Kraftstoffs, des Wassers und des Emulgators,
- - erste Mittel zum Zuführen von Kraftstoff in den Mischraum,
- - zweite Mittel zum Zuführen einer ersten Volumeneinheit von hochgradig demineralisiertem Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 5.10-6 Siemens in den Mischraum,
- - dritte Mittel zum Zuführen einer zweiten Volumeneinheit des Emulgators in den Mischraum,
- - vierte Mittel zum Vermischen des Kraftstoffs mit dem Wasser und dem Emulgator in dem Mischraum,
- - einen Emulsions-Vorlauf zu einer Einspritzpumpe der Verbrennungskraftmaschine, der aus dem Mischraum abzweigt, und
- - einen Rücklauf von der Verbrennungskraftmaschine, der in den Mischraum mündet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass die Vorrichtung fünfte Mittel zum Messen
des Kraftstoffbedarfs der Verbrennungskraftmaschine und zum
Bestimmen der ersten Volumeneinheit und der zweiten
Volumeneinheit in Abhängigkeit von dem Kraftstoffbedarf der
Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Mischraum als ein Emulsionskraftstoff-
Kreislauf ausgebildet ist und dass die vierten Mittel eine
Kreislauf-Druckpumpe und eine Zerstäuber-Mischerdüse
aufweisen, die in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf angeordnet
sind.
Die ersten Mittel sind vorteilhafterweise als eine
Druckhaltepumpe ausgebildet. Die zweiten Mittel sind
vorzugsweise als eine erste Dosierpumpe und die dritten Mittel
als eine zweite Dosierpumpe ausgebildet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind die fünften Mittel zum Messen des Kraftstoffbedarfs der
Verbrennungskraftmaschine als ein Kraftstoffzähler
ausgebildet, der zwischen den ersten Mitteln und dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf angeordnet ist. Der
Kraftstoffzähler weist vorzugsweise einen Impulsgeber auf.
Durch die Impulse des Impulsgebers werden die erste
Dosierpumpe für das hochgradig demineralisierte Wasser und die
zweite Dosierpumpe für den Emulgator gesteuert.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zur Herstellung des
hochgradig demineralisierten Wassers Mittel zum Entsalzen
und/oder Mittel zur Wasseraufbereitung von herkömmlichem
Wasser auf. Die Mittel zur Wasseraufbereitung führen
vorzugsweise eine Umkehrosmose durch.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen
Emulsionskraftstoffes nach einem
erfindungsgemäßen Verfahren.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Herstellung eines Emulsionskraftstoffes in ihrer Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Der
Emulsionskraftstoff weist Kraftstoff 3, Wasser 5 und einen
Emulgator 9 auf. Der Emulsionskraftstoff wird vorzugsweise zum
Betrieb herkömmlicher stationärer Verbrennungskraftmaschinen,
wie sie bspw. in Blockheizkraftwerken Verwendung finden,
eingesetzt. Ein Einsatz in mobilen Verbrennungskraftmaschinen,
wie sie bspw. in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, ist jedoch
auch denkbar. Die Vorrichtung 1 weist einen als
Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 ausgebildeten Mischraum zur
Aufnahme des Kraftstoffs 3, des Wassers 5 und des Emulgators 9
auf. Der Kraftstoff 3 wird durch als eine Druckhaltepumpe 4
ausgebildete erste Mittel dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2
zugeführt. Zum Betrieb einer herkömmlichen
Verbrennungskraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen
Emulsionskraftstoff wird als eine Veränderung der
Verbrennungskraftmaschine zunächst die Aufgabe der
herkömmlichen Kraftstoffförderpumpe durch die Druckhaltepumpe
4 übernommen.
Als Wasserbestandteil für den Emulsionskraftstoff wird
hochgradig demineralisiertes Wasser 5 mit einer elektrischen
Leitfähigkeit von weniger als 5.10-6 Siemens verwendet. Das
hochgradig demineralisierte Wasser 5 wird von Mitteln 6 zum
Entsalzen von herkömmlichem Wasser 23 und Mitteln 7 zur
Wasseraufbereitung mittels einer Umkehrosmose gewonnen. Eine
erste Volumeneinheit des hochgradig demineralisierten Wassers
5 wird durch als eine erste Dosierpumpe 8 ausgebildete zweite
Mittel dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 zugeführt.
Eine zweite Volumeneinheit des Emulgators 9 wird durch als
eine zweite Dosierpumpe 10 ausgebildeten dritte Mittel dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 zugeführt. Der Emulgator 9
enthält ein Trägeröl und Korrosionsschutzmittel, um zu
verhindern, dass der in dem Emulsionskraftstoff enthaltene
Wasseranteil zu einer Korrosion im Inneren der
Verbrennungskraftmaschine führt.
Die Vorrichtung 1 weist außerdem vierte Mittel zum Vermischen
des Kraftstoffs 3 mit dem Wasser 5 und dem Emulgator 9 in dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 auf. Die vierten Mittel sind
als eine Kreislauf-Druckpumpe 11 und eine Zerstäuber-
Mischerdüse 12 ausgebildet, die in dem Emulsionskraftstoff-
Kreislauf 2 angeordnet sind. Durch die Kreislauf-Druckpumpe 11
wird der in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 enthaltene
Emulsionskraftstoff ständig umgewälzt. Die Kreislauf-
Druckpumpe 11 wälzt den Emulsionskraftstoff mit einem
Mehrfachen des Kraftstoffbedarfs der Verbrennungskraftmaschine
um. Die Zerstäuber-Mischerdüse 12 sorgt für eine Vermischung
des Kraftstoffs 3, des Wassers 5 und des Emulgators 9, so dass
der Emulsionskraftstoff eine homogene Zusammensetzung behält.
Von dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 zweigt ein Emulsions-
Vorlauf 13 zu einer Einspritzpumpe 14 der
Verbrennungskraftmaschine ab. In den Emulsionskraftstoff-
Kreislauf 2 mündet ein Rücklauf 15 von der
Verbrennungskraftmaschine. Zwischen den ersten Mitteln 4 und
dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 zweigt ein Kraftstoff-
Vorlauf 16 zu der Verbrennungskraftmaschine ab. In dem
Kraftstoff-Vorlauf 16 und dem Emulsions-Vorlauf 13 ist jeweils
ein Ventil 17, 18 angeordnet, um den Vorlauf 13 bzw. 16 zu
unterbrechen.
Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine wird das Ventil 17
geschlossen und das Ventil 18 geöffnet, so dass der
Einspritzpumpe 14 der Verbrennungskraftmaschine reiner
Kraftstoff 3 zugeführt wird. Sobald eine einstellbare
Abgastemperatur erreicht ist, wird das Ventil 17 geöffnet und
das Ventil 18 geschlossen und auf Emulsionskraftstoff
umgeschaltet.
Der Druckhaltepumpe 4 nachgeordnet ist ein Druckregelventil 19
vorgesehen, durch das der Druck in dem Emulsionskraftstoff-
Kreislauf 2 konstant gehalten wird. Um das Überschreiten einer
vorher festgelegten Druckgrenze zu verhindern, öffnet das
Druckregelventil 19 beim Erreichen der Druckgrenze und leitet
den von der Druckhaltepumpe 4 weiter geförderten Kraftstoff 3
über eine Bypassleitung 20 in den Zulauf der Druckhaltepumpe 4
zurück. Zwischen der Druckhaltepumpe 4 und dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 ist ein Kraftstoffzähler 21
angeordnet, der als ein Durchflussmesser ausgebildet ist und
den Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine misst. Der
Kraftstoffzähler 21 gibt Impulse ab und steuert die erste
Dosierpumpe 8 und die zweite Dosierpumpe 10 in Abhängigkeit
von dem gemessenen Kraftstoffbedarf der
Verbrennungskraftmaschine mittels eines Steuersignals 22
derart an, dass das Verhältnis zwischen Kraftstoff 3, Wasser 5
und Emulgator 9 in dem Emulsionskraftstoff stets konstant ist.
Alternativ kann das Verhältnis zwischen Kraftstoff 3, Wasser 5
und Emulgator 9 auch abhängig von den Betriebszuständen der
Verbrennungskraftmaschine verstellt werden.
Als Kraftstoffbestandteil des Emulsionskraftstoffes kann
herkömmlicher Kraftstoff verwendet werden, wie beispielsweise
Dieselkraftstoff, leichtes Heizöl oder Rapsöl. Es kann eine
dieser Kraftstoffarten alleine oder eine beliebige Kombination
unterschiedlicher Kraftstoffarten als Kraftstoffbestandteil
verwendet werden. Durch den Wasseranteil in dem
Emulsionskraftstoff wird der Verbrennungsablauf und das
Zündverhalten des Emulsionskraftstoffes derart günstig
beeinflusst, dass als Kraftstoffbestandteil auch solche
Kraftstoffarten Verwendung finden können, die bisher zum
Betrieb einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine
ungeeignet waren. Derartige Kraftstoffarten sind
beispielsweise Schweröl, Altöl oder Naphtha, das als
Vorprodukt bei der Herstellung von Dieselkraftstoff in großen
Mengen entsteht und bisher hauptsächlich in Gasturbinen mit
einem schlechten Wirkungsgrad Verwendung fand.
In dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 herrscht ein Druck von
über 1,5 bar. Genauer gesagt, herrscht in dem
Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2 in Umwälzrichtung zwischen der
Zerstäuber-Mischdüse 12 und der Kreislauf-Druckpumpe 11 ein
Druck von 1,5 bar bis 10 bar. In Umwälzrichtung zwischen der
Kreislauf-Druckpumpe 11 und der Zerstäuber-Mischdüse 12
herrscht ein Druck von 15 bar bis 25 bar. Durch den
einstellbaren Druck in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf 2
können vorbereitete und unter Druck und Temperatur stehende
Kraftstoffe 3, die im Normalzustand nicht flüssig sind, wie
z. B. Schweröl, mit Wasser 5 vermischt werden.
Claims (29)
1. Emulsionskraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine,
der die nachfolgenden Bestandteile aufweist:
- - Kraftstoff,
- - Wasser und
- - einen Emulgator,
2. Emulsionskraftstoff nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Emulsionskraftstoff über
20 Vol.% Wasser (5) aufweist.
3. Emulsionskraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Emulsionskraftstoff unter
0,3 Vol.% eines Emulgators (9) aufweist.
4. Emulsionskraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Emulgator (9) ein
Korrosionsschutzmittel enthält.
5. Emulsionskraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Emulgator (9)
ausschließlich aus organischen Komponenten besteht.
6. Emulsionskraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (3) in dem
Emulsionskraftstoff aus einer einzigen Kraftstoffart
besteht.
7. Emulsionskraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (3) in dem
Emulsionskraftstoff aus einer Kombination mehrerer
unterschiedlicher Kraftstoffarten besteht.
8. Emulsionskraftstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die in dem Emulsionskraftstoff
enthaltenen Kraftstoffarten Dieselkraftstoff, Heizöl,
Schweröl, Altöl, Rapsöl, Benzin oder Naphtha umfassen.
9. Emulsionskraftstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die in dem
Emulsionskraftstoff enthaltenen Kraftstoffarten giftige
Öle umfassen.
10. Verfahren zur Herstellung eines Emulsionskraftstoffs für
eine Verbrennungskraftmaschine, der die nachfolgenden
Bestandteile aufweist:
- - Kraftstoff,
- - Wasser und
- - einen Emulgator,
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Größe der ersten Volumeneinheit in Abhängigkeit von
dem Belastungszustand der Verbrennungskraftmaschine
und/oder in Abhängigkeit von der Abgastemperatur geregelt
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das hochgradig demineralisierte
Wasser (5) aus herkömmlichem Wasser durch Entsalzung
und/oder Wasseraufbereitung gewonnen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
im Rahmen der Wasseraufbereitung eine Umkehrosmose
durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (3) von einer
Druckhaltepumpe (4), das Wasser (5) von einer ersten
Dosierpumpe (8) und der Emulgator (9) von einer zweiten
Dosierpumpe (10) in einen Emulsionskraftstoff-Kreislauf
(2) gepumpt wird, in dem Mittel (11, 12) zum Vermischen
des Kraftstoffs (3) mit dem Wasser (5) und dem Emulgator
(9) angeordnet sind, und von dem ein Emulsions-Vorlauf
(13) zu einer Einspritzpumpe (14) der
Verbrennungskraftmaschine abzweigt und in den ein
Rücklauf (15) von der Verbrennungskraftmaschine mündet.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel (11, 12) zum Vermischen des Kraftstoffs (3)
mit dem Wasser (5) und dem Emulgator (9) eine Kreislauf-
Druckpumpe (11) und eine Zerstäuber-Mischdüse (12)
aufweisen, die in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf (2)
angeordnet sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kreislauf-Druckpumpe (11) den Emulsionskraftstoff mit
einem Mehrfachen des Kraftstoffbedarfs der
Verbrennungskraftmaschine in dem Emulsionskraftstoff-
Kreislauf (2) umwälzt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine durch
einen Kraftstoffzähler (21) gemessen wird, der zwischen
der Druckhaltepumpe (4) und dem Emulsionskraftstoff-
Kreislauf (2) angeordnet ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf
(2) ein Druck von über 1,5 bar herrscht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf (2) in
Umwälzrichtung zwischen der Zerstäuber-Mischdüse (12) und
der Kreislauf-Druckpumpe (11) ein Druck von 1,5 bar bis
10 bar herrscht.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf
(2) in Umwälzrichtung zwischen der Kreislauf-Druckpumpe
(11) und der Zerstäuber-Mischdüse (12) ein Druck von
15 bar bis 25 bar herrscht.
21. Vorrichtung zur Herstellung eines Emulsionskraftstoffs
für eine Verbrennungskraftmaschine, der die nachfolgenden
Bestandteile aufweist:
- - Kraftstoff,
- - Wasser und
- - einen Emulgator,
- - einen Mischraum zur Aufnahme des Kraftstoffs (3), des Wassers (5) und des Emulgators (9),
- - erste Mittel zum Zuführen von Kraftstoff (3) in den Mischraum,
- - zweite Mittel zum Zuführen einer ersten Volumeneinheit von hochgradig demineralisiertem Wasser (5) mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 5.10-6 Siemens in den Mischraum,
- - dritte Mittel zum Zuführen einer zweiten Volumeneinheit des Emulgators (9) in den Mischraum,
- - vierte Mittel zum Vermischen des Kraftstoffs (3) mit dem Wasser (5) und dem Emulgator (9) in dem Mischraum,
- - einen Emulsions-Vorlauf (13) zu einer Einspritzpumpe (14) der Verbrennungskraftmaschine, der aus dem Mischraum abzweigt, und
- - einen Rücklauf (15) von der Verbrennungskraftmaschine, der in den Mischraum mündet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung fünfte Mittel zum Messen des
Kraftstoffbedarfs der Verbrennungskraftmaschine und zum
Bestimmen der ersten Volumeneinheit und der zweiten
Volumeneinheit in Abhängigkeit von dem Kraftstoffbedarf
der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch
gekennzeichnet, dass der Mischraum als ein
Emulsionskraftstoff-Kreislauf (2) ausgebildet ist und
dass die vierten Mittel eine Kreislauf-Druckpumpe (11)
und eine Zerstäuber-Mischerdüse (12) aufweisen, die in
dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf (2) angeordnet sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, dass die ersten Mittel als eine
Druckhaltepumpe (4) ausgebildet sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel als eine erste
Dosierpumpe (8) ausgebildet sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, dass die dritten Mittel als eine zweite
Dosierpumpe (10) ausgebildet sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, dass die fünften Mittel zum Messen des
Kraftstoffbedarfs der Verbrennungskraftmaschine als ein
Kraftstoffzähler (21) ausgebildet sind, der zwischen den
ersten Mitteln und dem Emulsionskraftstoff-Kreislauf (2)
angeordnet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Herstellung des
hochgradig demineralisierten Wassers (5) Mittel (6) zum
Entsalzen und/oder Mittel (7) zur Wasseraufbereitung von
herkömmlichem Wasser aufweist.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel (7) zur Wasseraufbereitung eine Umkehrosmose
durchführen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19917753A DE19917753A1 (de) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | Emulsionskraftstoff |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19917753A DE19917753A1 (de) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | Emulsionskraftstoff |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19917753A1 true DE19917753A1 (de) | 2000-10-26 |
Family
ID=7905161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19917753A Withdrawn DE19917753A1 (de) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | Emulsionskraftstoff |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE19917753A1 (de) |
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