DE60123194T2 - Verfahren zur Verbrennung von kohlwasserstoffreichen Brennstoffen in einer Brennkammer mit verminderter Russbildung - Google Patents
Verfahren zur Verbrennung von kohlwasserstoffreichen Brennstoffen in einer Brennkammer mit verminderter Russbildung Download PDFInfo
- Publication number
- DE60123194T2 DE60123194T2 DE60123194T DE60123194T DE60123194T2 DE 60123194 T2 DE60123194 T2 DE 60123194T2 DE 60123194 T DE60123194 T DE 60123194T DE 60123194 T DE60123194 T DE 60123194T DE 60123194 T2 DE60123194 T2 DE 60123194T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrodes
- combustion
- soot
- chamber
- combustion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004071 soot Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 12
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 4
- 125000002485 formyl group Chemical group [H]C(*)=O 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007859 condensation product Substances 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- -1 propargyl ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
- F23C99/001—Applying electric means or magnetism to combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B51/00—Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines
- F02B51/04—Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines involving electricity or magnetism
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
- F02M27/04—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
- Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Kohlenwasserstoffverbrennung. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbrennung von kohlenwasserstoffreichen Brennstoffen in Dieselmotoren oder Ölbrennem bereit, wobei die Bildung von Ruß in der Kraftstoffverbrennungskammer im Wesentlichen unterdrückt wird, indem die Reaktionen, welche die Ruß bilden, unterdrücken werden, und welche sonst während der Verbrennung von Brennstoff, welcher reich an höheren Kohlenwasserstoffen ist, fortschreiten.
- Werte aus der Literatur betreffend die Ionenchemie in Flammenreaktionen, z.B. in H.F. Calcote, D.G. Keil, „The role of ions in soot formation", Pure & Appl. Chem., Band 62, Nr. 5 (1990), zeigen, dass die Bildung von Ruß durch einen anionischen Mechanismus fortschreitet, wobei Propagyl- oder Cyclopropenylchemiionen C3H3 + der Hauptvorläufer von Ruß sind.
- C3H3 + Ionen werden während der Verbrennung von Brennstoff durch die Reaktion von Methinradikalen CH* mit Sauerstoff gebildet:
- Die hochreaktiven Propargylionen reagieren mit Kohlenwasserstoffen, die in dem Verbrennungsgas des Brennstoffes vorhanden sind. Ruß wird schließlich in einer schnellen Abfolge von Kondensationsreaktionen gebildet, welche durch die Zugabe von Propagylionen zu Acetylenmolekülen in dem Gas und durch weitere zusätzliche Kohlenwas serstoffreaktionen mit den anfänglichen ionischen Kondensationsprodukten von Propagylionen und Acetylenmolekülen initiiert werden.
- Ruß in dem Abgas der Brennstoffverbrennung stellt ein ernstes Umwelt- und Gesundheitsrisiko dar und die Entfernung oder Verringerung von Rußemission in Abgasen ist zur Zeit von Umweltschutzforderungen vorgeschrieben.
- Man hat herausgefunden, dass der Einsatz eines elektrostatischen Feldes in einer Brennstoffverbrennungskammer während der Verbrennung von kohlenwasserstoffreichen Brennstoff die Bildung von Ruß in der Verbrennungskammer z.B. eines Dieselmotors und eines Ölbrenners, reduziert oder im Wesentlichen verhindert. Die Bildung von C3H3 + und höheren ionischen Kohlenwasserstoffarten, die aus zusätzlichen Reaktionen resultieren, wird im Wesentlichen durch das elektrostatische Feld unterdrückt, vermutlich aufgrund der ungünstigen Gleichgewichtsbedingungen für die Bildung des CHO+ Vorläufers in der obigen Reaktion (1) in einem elektrostatischen Feld.
- Ein elektrostatisches Feld im Inneren einer Brennstoffverbrennungskammer wird erzeugt, indem ein oder mehrere Elektroden in der Kammer angeordnet werden. Spannung kann an die Elektroden konstant oder mit veränderlichem Maß angelegt werden, abhängig von der Kraftstoffbeladung. In einem Dieselmotor können die Elektroden ein Teil des Kraftstoffvorheizsystems sein, welches in der Verbrennungskammer des Motors angeordnet ist.
- Die Verwendung eines elektrostatischen Feldes zur Unterdrückung der Rußbildung ist aus dem U.S. Patent Nr. 4,091,779 bekannt. Das Problem bei diesen bekannten Verfahren ist, dass sich während des Betriebs Ruß auf der Oberfläche der Elektrode abscheidet. Ruß auf der Elektrodenoberfläche verringert die Stärke des elektrostatischen Feldes in der Verbrennungskammer.
- Man hat herausgefunden, dass, wenn der leitfähige Teil der Elektrode mit einem porösen keramischen Material beschichtet wird, welches für Sauerstoff durchlässig ist, Ruß kontinuierlich von der Elektrodenoberfläche verbrannt wird.
- Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der Elektrode, welche sich in die Verbrennungskammer erstreckt, beschichtet oder auf andere Weise mit Zirkoniumdioxid bereitgestellt.
- Basierend auf den obigen Erkenntnissen und Beobachtungen, stellt die Erfindung ein Verfahren für die Verbrennung von kohlenwasserstoffreichen Brennstoff zur Verfügung, mit verringerter Bildung von Ruß, indem in einer Brennstoffverbrennungskammer ein elektrostatisches Feld angelegt wird und hierdurch die Bildung von Ruß aus ionischen Arten unterdrückt wird, welche während der Verbrennung des Brennstoffes gebildet werden.
- Das Verfahren dieser Erfindung kann des Weiteren auf die Verringerung von schädlichen Verbindungen in dem Abgas der Kohlenwasserstoffverbrennung angewandt werden, einschließlich der Reduktion von Stickstoffoxiden, Dioxinen und Aldehyden.
- BEISPIEL
- Dieselbrennstoff (Statoil) wurde in einem herkömmlichen Ölbrenner mit einer metallischen Öffnung verbrannt. Zwei Stahlelektroden in Form von Nadeln mit 1 mm wurden in der Verbrennungszone vor dem Brenner angeordnet (eine Elektrode in der Nähe des Startpunktes der Flamme und eine Elektrode 10 mm oberhalb der Flammenspitze).
- Die Menge des während der Verbrennung des Brennstoffes gebildeten Ruß wurde in dem Abgas aus der Verbrennungszone mittels eines Bosch-Ruß-Monitors (Modell EFAW 6GA) gemessen.
- Der in dem Abgas gemessene Ruß wird durch die so genannte Bosch-Zahl ausgedrückt. Die Bosch-Zahl ist abhängig von der Menge an Ruß, so dass hohe Bosch-Zahlen große Mengen an Ruß angeben.
- Während der Verbrennung des Dieselbrennstoffes, wurde ein sich erhöhendes elektrostatisches Feld in der Verbrennungszone erzeugt, indem eine sich erhöhende Spannung an die Elektroden angelegt wurde.
- Die Ergebnisse die bei Spannungen zwischen 2.000 V und 6.000 V erhalten wurden, sind unten zusammengefasst.
Bosch-Zahl Spannung 3,8 0 3,7 2.000 2,7 4.000 2,4 5.000 2,0 6.000 - Aus den obigen Ergebnissen wird deutlich, dass sich die Menge an Ruß in dem Abgas linear mit zunehmender Spannung verringert.
Claims (5)
- Verfahren zur Unterdrückung der Rußbildung während der Verbrennung von kohlenwasserstoffreichen Brennstoffen in einer Verbrennungskammer durch Anlegen eines elektrostatischen Feldes in der Verbrennungskammer mittels einer oder mehrerer Elektroden, wobei sich wenigstens ein Teil dieser Elektroden in die Kammer erstreckt und wobei der Bereich der Elektroden, welcher sich in die Kammer erstreckt, ein poröses keramisches Material umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das poröse keramische Material Zirkoniumdioxid ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrostatische Feld mit konstanter Spannung an den Elektroden gehalten wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrostatische Feld angelegt wird, indem eine veränderliche Spannung an den Elektroden erzeugt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbrennungskammer ein Teil eines Dieselmotors ist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US25252100P | 2000-11-22 | 2000-11-22 | |
| US252521P | 2000-11-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE60123194D1 DE60123194D1 (de) | 2006-11-02 |
| DE60123194T2 true DE60123194T2 (de) | 2007-01-04 |
Family
ID=22956365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE60123194T Expired - Lifetime DE60123194T2 (de) | 2000-11-22 | 2001-11-05 | Verfahren zur Verbrennung von kohlwasserstoffreichen Brennstoffen in einer Brennkammer mit verminderter Russbildung |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6453889B1 (de) |
| EP (1) | EP1209414B1 (de) |
| JP (1) | JP2002168128A (de) |
| AT (1) | ATE340305T1 (de) |
| DE (1) | DE60123194T2 (de) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004004393B3 (de) * | 2004-01-29 | 2005-05-25 | Rational Ag | Gargerät, Luftleitglied, Haltevorrichtung und Verfahren zum Reinigen eines Gargeräts |
| DE102005016125A1 (de) * | 2005-04-08 | 2006-10-12 | Robert Bosch Gmbh | Zündsystem einer Brennkraftmaschine |
| US11073280B2 (en) | 2010-04-01 | 2021-07-27 | Clearsign Technologies Corporation | Electrodynamic control in a burner system |
| DE102010038153B3 (de) * | 2010-10-13 | 2012-03-08 | Ford Global Technologies, Llc. | Partikelsensor, Abgassystem und Verfahren zum Schutz von Komponenten eines turbogeladenen Motors mit Abgasrückführung |
| CN104903647B (zh) | 2013-02-14 | 2018-02-02 | 克利尔赛恩燃烧公司 | 具有穿孔反应稳定器的燃料燃烧系统 |
| WO2014160836A1 (en) | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Clearsign Combustion Corporation | Electrically controlled combustion fluid flow |
| WO2015017084A1 (en) | 2013-07-30 | 2015-02-05 | Clearsign Combustion Corporation | Combustor having a nonmetallic body with external electrodes |
| WO2015051377A1 (en) | 2013-10-04 | 2015-04-09 | Clearsign Combustion Corporation | Ionizer for a combustion system |
| WO2015057740A1 (en) | 2013-10-14 | 2015-04-23 | Clearsign Combustion Corporation | Flame visualization control for electrodynamic combustion control |
| US20150362177A1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-12-17 | Clearsign Combustion Corporation | Flame position control electrodes |
| US9702547B2 (en) | 2014-10-15 | 2017-07-11 | Clearsign Combustion Corporation | Current gated electrode for applying an electric field to a flame |
| WO2016073431A1 (en) * | 2014-11-03 | 2016-05-12 | Clearsign Combustion Corporation | Solid fuel system with electrodynamic combustion control |
| US10514165B2 (en) | 2016-07-29 | 2019-12-24 | Clearsign Combustion Corporation | Perforated flame holder and system including protection from abrasive or corrosive fuel |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE874672C (de) * | 1951-06-02 | 1953-04-27 | Alfred Dipl-Ing Walter | Verfahren zum Betrieb von Brennkraftkolbenmaschinen und anderen Verbrennungskraftmaschinen |
| US2844135A (en) * | 1954-11-08 | 1958-07-22 | Sun Oil Co | Internal combustion process and apparatus |
| DE2253249A1 (de) | 1972-10-30 | 1974-05-02 | Ehrhardt Helmut | Verfahren zur beeinflussung der verbrennung bei kraftmaschinen und feuerungsanlagen mittels elektrischer felder |
| DE2456163C2 (de) | 1974-11-28 | 1986-03-13 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Brennkammer, insbesondere Kolbenarbeitsraum eines Motors |
| AU500108B2 (en) | 1976-05-11 | 1979-05-10 | P. & Raymond J Caillaud | Improving energy yields of combustion reactions |
| US4380978A (en) * | 1980-04-22 | 1983-04-26 | Rockwell International Corporation | Electrostatic diesel fuel injector |
| US4587807A (en) * | 1983-04-18 | 1986-05-13 | Nagatoshi Suzuki | Apparatus for totally recycling engine exhaust gas |
| US5061462A (en) * | 1987-11-12 | 1991-10-29 | Nagatoshi Suzuki | Apparatus for producing a streamer corona |
| US5027764A (en) * | 1990-04-26 | 1991-07-02 | Michael Reimann | Method of and apparatus for igniting a gas/fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine |
| DE19847096A1 (de) * | 1998-10-13 | 2000-04-20 | Massholder Karl F | Verfahren und Vorrichtung zur plasmachemischen Reduzierung von gasförmigen und/oder festen Schadstoffen in Abgasen von Verbrennungsmotoren |
-
2001
- 2001-11-05 DE DE60123194T patent/DE60123194T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-11-05 AT AT01126194T patent/ATE340305T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-11-05 EP EP01126194A patent/EP1209414B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-11-14 US US09/992,298 patent/US6453889B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-11-21 JP JP2001356404A patent/JP2002168128A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6453889B1 (en) | 2002-09-24 |
| JP2002168128A (ja) | 2002-06-14 |
| DE60123194D1 (de) | 2006-11-02 |
| US20020088442A1 (en) | 2002-07-11 |
| EP1209414B1 (de) | 2006-09-20 |
| EP1209414A3 (de) | 2002-11-27 |
| EP1209414A2 (de) | 2002-05-29 |
| ATE340305T1 (de) | 2006-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60123194T2 (de) | Verfahren zur Verbrennung von kohlwasserstoffreichen Brennstoffen in einer Brennkammer mit verminderter Russbildung | |
| DE19739925B4 (de) | Katalysator für die Abgasreinigung, Herstellverfahren für den Katalysator, und Abgasreinigungsfilter | |
| DE2633006B2 (de) | Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden | |
| EP1013995A3 (de) | Verfahren zur thermischen Behandlung von nicht brennbaren Flüssigkeiten | |
| CH638604A5 (de) | Verfahren zum brennen von mineralischen karbonathaltigen rohstoffen im gleichstrom-regenerativ-schachthofen. | |
| EP0190463A2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren der Schadstoffemission von Feuerungsanlagen | |
| DE3718240C1 (de) | Verfahren zur Waermebehandlung von metallischen Werkstuecken in einer gasdurchstroemten Wirbelschicht | |
| DE2804562A1 (de) | Mehrzylindrige brennkraftmaschine | |
| DE4102112A1 (de) | Beseitigung von stickoxyden aus abfallgasen | |
| DD275891A1 (de) | Brennkraftmaschine mit einem katalytisch beschichteten brennraum | |
| DE10301722B4 (de) | Verfahren zur Herstellung endohedraler Fullerene | |
| DE2537451C2 (de) | Verfahren zum Umsetzen des in Koksofengasen enthaltenen Ammoniaks in Stickstoff und Wasser und des Schwefelwasserstoffs zu Schwefel | |
| EP0928630A1 (de) | Verfahren zur katalytischen Zersetzung von Ammoniak und Cyanwasserstoff aus Kokereiabgasen | |
| DE2626203C2 (de) | Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer Ammoniak enthaltenden Beschickung | |
| EP0008744A1 (de) | Verfahren zum Betrieb von Verbrennungseinrichtungen | |
| DE2951104B1 (de) | Verfahren zur Herabsetzung des Anteils an Stiickoxiden im Abgas von Schmelzfeuerungen sowie Anlage zur Durchfuehrung des Verfahrens | |
| DE3231699C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer schwärzenden bzw. bläuenden Oxidschicht auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthaltenden Teilen | |
| DE2703234A1 (de) | Elektrode aus metall fuer funkenstrecken | |
| EP0104359B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen heisser Gase | |
| DE3523436C2 (de) | ||
| DE2810198C3 (de) | Aktivierter Rhodiumkatalysator und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE900574C (de) | Verfahren zur Herstellung von hochdisperser Kieselsaeure | |
| DE300193C (de) | ||
| AT117428B (de) | Verfahren zur Aufrechterhaltung der Größe und Form von Kohlenelektroden. | |
| DE2728327C3 (de) | Verfahren zum Vorwärmen von Stahlbändern, insbesondere in Verzinkungsanlagen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition |