FI114500B - Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi - Google Patents

Description

114500

MENETELMÄ POLTTOMOOTTORIN PÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMISEKSI - FÖR-FARANDE FÖR REDUCERING AV UTSLÄPP FRÄN EN FÖRBRÄNNINGSMOTOR

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi.

On sinänsä tunnettua, että lauhduttamalla palamiskaasuja voidaan vähentää sekä partikkelipäästöjä, että mm. rikkioksidipäästöjä ilmakehään. Kondensoitu-10 vat komponentit saadaan kondensoitumaan jäähdyttämällä pakokaasuja riittävästi. Tähän tarkoituksen on aiemmin esitetty erilaisia ratkaisuja. Julkaisussa DE 3440266 on esitetty ratkaisu, jossa poistokaasukanavan sisään on sovitettu lämmönsiirrin kaasua jäähdyttämään. Rakenteena tässä esitetty ratkaisu on kuitenkin ongelmallinen erityisesti siinä suhteessa, että kaasuvirrassa oleva 15 lämmönsiirrin voi olla altis korroosiolle ja tukkeutua helposti.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä mäntämoottorin päästöjen vähentämiseksi, joka minimoi tunnetun tekniikan ongelmia. Keksinnön tarkoituksen on erityisesti aikaan saada menetelmä, jolla mäntämoottorin sekä par-20 tikkeli- että kaasumaisia pakokaasupäästöjä voidaan vähentää samanaikaisesti.

: .t Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksessa 1 sekä muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla.

» * ' ' 25 Keksinnön mukaisessa menetelmässä moottorin päästöjen vähentämiseksi * ' moottoriin syötetään vettä tai höyryä sen käydessä siten, että syntyy pako- '· : kaasua, joka sisältää vesihöyryä. Menetelmässä vesihöyryä sisältävää pako- ’ kaasua jäähdytetään siten, että sen sisältämää vesihöyryä lauhtuu ja pakokaa sun sisältämiä kiinteitä partikkeleita saatetaan tarttumaan lauhtuneeseen ve-, 30 teen. Keksinnölle on tunnusomaista se, että vesihöyryä sisältävää pakokaasua : : jäähdytetään johtamalla lämpöä sekä vaippavirtausjärjestelyssä virtaavaan, : jäähdyttävään lämmönsiirtoväliaineeseen että jo jäähtyneeseen pakokaasuun ’’ · ’ oleellisesti samanaikaisesti. Näin poistuvan kaasun lämpötila nousee, mikä V varmistaa, että pakokaasu kohoaa ylöspäin sen tultua ympäristöön esimerkiksi \\Awekip02\vol1\DOC\FI\1820Fl.doc 4 ? * 2 114500 savupiipusta. Lisäksi keksinnön mukaisesti tähän ei ainakaan oleellisesti tarvita ulkoista lisäenergiaa.

5 Edullisesti vettä syötetään siten, että pakokaasu sisältää vesihöyryä enemmän kuin palamisprosessissa syntyvä vesihöyryn määrä, ja vastaavasti vesihöyryä lauhdutetaan moottorin pakokaasusta enemmän kuin se määrä vettä, joka syntyy polttoaineen palamisprosessista. Erityisen hyvin menetelmä soveltuu män-tämoottorin yhteydessä käytettäväksi.

10

Lauhtuminen on edullista, kun kiinteitä partikkeleita sisältävä kaasu saatetaan virtaamaan kahden sisäkkäisen putken muodostamassa tilassa ja joissain tapauksissa kiinteitä partikkeleita ja kondensoituneita pisaroita sisältävä kaasu saatetaan pyörimisliikkeeseen.

15

Sovellettaessa menetelmää erityisesti mäntämoottorin yhteydessä, pakokaasua saatetaan virtaamaan lämmönsiirrinjärjestelyyn, joka käsittää vaippavirtausjär-jestelyn ja kanavavirtausjärjestelyn vaippavirtausjärjestelyn ympäröimänä, jossa mäntämoottorin pakokaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä 20 sen ulkovaipan ja sisävaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luovuttaen lämpöä siinä määrin, että tapahtuu kondensoitumista, ja jo osittain jäähtyneen kaasun virtauksen suuntaa muutetaan noin 180°, jolloin • j kondensoituneet komponentit erotetaan kaasuvirrasta, ja lisäksi pakokaasua ’ saatetaan virtaamaan sisävaipan sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin sa- ; 25 maila samanaikaisesti lämmeten.

Tarkemmin ilmaistuna pakokaasua saatetaan edullisesti virtaamaan kanavavir-' tausjärjestelyssä sen ulkovaipan ja sisävaipan muodostamassa tilassa oleelli sesti alaspäin samalla luovuttaen lämpöä sekä jäähdyttävään lämmönsiirtoväli-30 aineeseen ja jo osittain jäähtyneen kaasun virtaukseen sisävaipan sisäpuolises-sa tilassa. Tämän jälkeen pakokaasua saatetaan virtaamaan sisävaipan sisä-puolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin samalla samanaikaisesti vastaanottaen • . lämpöä kuumasta kaasusta, jota virtaa kanavavirtausjärjestelyssä sen ulkovai pan ja sisävaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin.

! I I

F:\DOC\FI\1820Fl.doc 3 114500

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti erästä suoritusmuotoa keksinnön mukaista menetelmää soveltavasta mäntämoottorilaitoksesta.

5 Mäntämoottorilaitos 1 käsittää kaaviomaisesti mäntämoottorin 6 ja sen pako-kaasukanavaan yhteydessä olevan lämmönsiirrinjärjestelyn 1.1. Mäntämoottori 6 voi olla sinänsä tunnettu moottori. Mäntämoottorin palamisprosessissa syntyy polttoaineesta ja olosuhteista riippuen erilaisia haitallisia komponentteja, joiden määrä pakokaasuissa halutaan minimoida. Tällaisia ovat mm. partikkeli-10 päästöt, kuten noki ja kaasumaiset päästöt, kuten rikkiyhdisteet. Mäntämoottori 6 on keksinnön mukaisesti varustettu sopivilla vedensyöttövälineillä 6.2 veden tai höyryn tuomiseksi moottoriin 6. Vettä voidaan tuoda moottorin eri vaiheissa, kuten moottorin imuilmaan tai suoraan moottorin sylinteriin 6.2. Vettä tuodaan veden lähteestä 6.1 kuitenkin siten, että vesi syötetään viimeis-15 tään moottorin 6 kuhunkin sylinteriin. Vettä voidaan tarpeen mukaan syöttää joko nesteenä, vesihöyrynä tai polttoaine-vesi-emulsiona tai näiden yhdistelmänä. Menetelmässä saadaan tällä tavoin moottorin 6 pakokaasujen kosteuspitoisuus kohotettua ylemmälle tasolle kuin mitä se olisi vain pelkän polttoaineen palamisprosessin vaikutuksesta. Tämän ansiosta pakokaasujen lauhdutet-20 tavissa oleva vesimäärä on normaalia suurempi. Syötetty vesimäärä on edullisesti sellainen, että pakokaasun kosteuspitoisuus on likimain 5% korkeampi . . verrattuna pelkästään palamisprosessissa syntyvän vesihöyryn aikaansaamaan , ,·. kosteuspitoisuuteen. Vesimäärän syöttöä voidaan kontrolloida myös pakokaa- ; ’ sujen lämpötilan perusteella siten, että veden syöttömäärä ylläpidetään sellai- 25 sena, että pakokaasun lämpötila laskee noin 15% verrattuna tilanteeseen, jos-;", sa vettä ei syötetä.

'··’ Moottorin 6 yhteydessä oleva lämmönsiirrinjärjestely käsittää vaippavirtausjär- jestelyn 2, johon on sovitettu virtaamaan jäähdyttävää lämmönsiirtoväliainetta ...T 30 kuten vettä tai ilmaa. Vaippavirtausjärjestely käsittää syöttöyhteen 3 ja poisto- < t <1 yhteen 4, joiden välityksellä jäähdyttävää lämmönsiirtoväliainetta voidaan joh-: taa vaippavirtausjärjestelyn kautta.

Lämmönsiirrinjärjestely 1 käsittää myös kanavavirtausjärjestelyn 5 mäntämoot-; : ; 35 torilta tulevaa pakokaasua varten. Kosteaa ja kuumaa pakokaasua johdetaan F:\DOC\FI\1820Fl.doc 4 114500 mäntämoottorista 6 syöttöyhteelle 7, ja edelleen lämmönsiirtojärjestelyn 1.1 lävitse. Tässä prosessivaiheessa moottoriin tuotu ylimääräinen vesi lauhdutetaan lämmönsiirrinjärjestelyssä 1.1, jolloin lauhdutetun veden mukana pakokaasuista erottuu samalla myös muita lauhtuvia komponentteja. Lisäksi kek-5 sinnön mukaisen menetelmän avulla aikaansaadun normaalia suuremman kon-denssiveden määrän vuoksi erottuu pakokaasuista merkittävä määrä kiinteitä partikkeleita veden mukana. Veden kondensoituessa nesteeksi tarttuu kiinteitä partikkeleita laitteiston pinnoille kondensoituvan nesteen ja nestepisaroiden pinnoille. Koska moottoriin syötetään vettä palamisessa syntyvän veden lisäk-10 si, erottuu myös kiinteitä partikkeleita tehostetusti.

Ajamalla mäntämoottorin prosessia edellä kuvatulla tavalla ja lauhduttamalla näin aikaansaatu erityisen korkeassa kosteuspitoisuudessa oleva pakokaasu saadaan aikaiseksi hyvin tehokas päästöjen väheneminen. Erityisen hyviä tu-15 loksia saadaan, kun menetelmässä pakokaasua lauhdutetaan seuraavassa kuvatulla laitteistolla ja menetelmällä.

Tässä pakokaasua tuodaan ensin syöttöyhteelle 7, joka on sovitettu kanava-virtausjärjestelyn 5 ensimmäiseen kokoojakammioon 5.1. Ensimmäisen kokoo-20 jakammio 5.1 ohjaa kuumaa pakokaasua kuhunkin rinnan kytkettyyn kanava-virtausjärjestelyn 5 kokonaisuuteen. Tällainen kokonaisuus muodostuu ensimmäisestä 8 ja toisesta 9 osasta. Ensimmäinen osa käsittää vaippavirtausjärjes-telyn ympäröivän ulkovaipan 8.1, joka on edullisesti poikkileikkaukseltaan pyöreä putki, jota seuraavassa nimitetään ulkoputkeksi. Ulkoputki 8.1 ulottuu ; 25 vaippavirtausjärjestelyn 2 lävitse sen ensimmäiseltä sivulta 2.1 toiselle sivulle 2.2. Ulkoputken 8.1 sisäpuolelle on järjestetty sisävaippana 9.1 toimiva toinen '1 putki, jota seuraavassa nimitetään sisäputkeksi. Ulkoputki on virtausyhteydes- • sä ensimmäiseen kokoojakammioon 5.1, jolloin kaasua voi virrata kokooja- kammiosta 5.1 ulkoputken ja sisäputken väliin muodostuvaan tilaan. Uiko- ja 30 sisäputki ovat edullisesti samankeskeisesti sovitetut toisiinsa nähden.

Kaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä 5 sen ulkoputken 8.1 ."·. ja sisäputken 9.1 muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luovutta en lämpöä siinä määrin, että pakokaasusta tapahtuu moottoriin syötetyn veden » 1 t F:\D0C\FI\1820Fl.doc 35 kondensoitumista. Ulkoputken toisen pään yhteydessä ja vaippavirtausjärjes- 5 114500 telyn 2 toisella sivulla 2.2 on tila 5.3. Tähän samaan tilaan on yhteydessä myös sisäputken 9.1 ensimmäinen pää.

Tällöin jo osittain jäähtyneen pakokaasun virtauksen suuntaa muutetaan tilassa 5 5.3 noin 180°, jolloin kondensoituneet komponentit erotetaan kaasuvirrasta tilaan 5.3. Tällä tavoin saadaan tehokkaasti erotettua suuri kondensoituneen veden määrä sekä sen mukana myös pakokaasujen haitallisia komponentteja kaasusta. Tila 5.3 käsittää ainakin yhden poistoyhteen 11 kaasusta lauhtuneen veden poistamiseksi. Poistoyhteen 11 yhteydessä on myös edullisesti kaasu-10 lukko 13 tai vastaava. Koska kaasu sisältää korotetun määrään kondensoituvaa vesihöyryä, kondensoituneen veden erottamisen edistämiseksi on tilaan sovitettu virtauksen ohjaimia 12, joilla toisen lämmönsiirtoväliaineen virtaus saadaan pyörimään sisävaipan 9.1 pituusakselin ympäri ja sitä kautta erottumaan ulkoputken 8.1 sisäpinnalle.

15

Tilasta 5.3 kaasua saatetaan virtaamaan sisäputken 9.1 sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin. Tässä vaiheessa jo osittain jäähtynyt ja kondensaatista vapaa pakokaasu lämpenee sitä vastakkaissuunnassa ulkoputken 8.1 ja sisäputken 9.1 välisessä tilassa virtaavan kuuman kaasun vaikutuksesta. Kukin ul-20 koputki 8.1 ulottuu sekä vaippavirtausjärjestelyn 2 ensimmäiselle sivulle 2.1 ja edelleen ensimmäisen kokoojakammion 5.1 lävitse ja on yhteydessä toiseen kokoojakammioon 5.2. Toinen kokoojakammio 5.2 yhdistää kunkin ulkoputken ,8.1 virtauksen ja ohjaa yhdistetyn virtauksen ulos yhteen 10 kautta edelleen ’ käsittelyyn. Kokoojakammiot 5.1 ja 5.2 ovat vaippavirtausjärjestelyn ensim- 25 mäisellä sivulla 2.1 vierekkäin järjestettynä, jolloin kuuman pakokaasun syöttö ja poisto tapahtuu lämmönsiirtimen samalta puolelta.

Kondensoituneen veden poistoyhde 11 on edullisesti virtausyhteydessä kanavan 11.1 välityksellä veden lähteeseen 6.1, jolloin prosessista saadaan veden 30 suhteen ainakin osittain suljettu prosessi. Tällöin veden lähde 6.1 käsittää ,,,· edullisesti sopivia veden puhdistuslaitteita.

. Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnel mia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

F:\DOC\FI\1820Fl.doc

Claims (9)

1. Menetelmä polttomoottorin (6) päästöjen vähentämiseksi, jossa moottoriin (6) syötetään vettä tai höyryä (6.2) sen käydessä, ja jossa vesihöyryä sisältä- 5 vää pakokaasua jäähdytetään siten, että sen sisältämää vesihöyryä lauhtuu ja pakokaasun sisältämiä kiinteitä partikkeleita saatetaan tarttumaan lauhtuneeseen veteen, tunnettu siitä, että menetelmässä vesihöyryä sisältävää pakokaasua jäähdytetään johtamalla lämpöä sekä vaippavirtausjärjestelyssä (2) virtaa-vaan, jäähdyttävään lämmönsiirtoväliaineeseen, että jo jäähtyneeseen pako-10 kaasuun oleellisesti samanaikaisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesihöyryä lauhdutetaan moottorin (6) pakokaasusta enemmän kuin se määrä vettä, joka syntyy polttoaineen palamisprosessista. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteitä partikkeleita sisältävä kaasu saatetaan virtaamaan kahden sisäkkäisen putken (8.1,8.2) muodostamassa tilassa (8).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiin teitä partikkeleita ja kondensoituneita pisaroita sisältävä kaasu saatetaan pyö-.·. rimisliikkeeseen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa pakokaasua saatetaan 25 virtaamaan lämmönsiirrinjärjestelyyn, joka käsittää vaippavirtausjärjestelyn (2) ; ·, ja kanavavirtausjärjestelyn (5) vaippavirtausjärjestelyn ympäröimänä, kautta ; tunnettu siitä, että - polttomoottorin pakokaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä (5) sen ulkovaipan (8.1) ja sisävaipan (9.1) muodostamassa tilassa oleellisesti 30 alaspäin samalla luovuttaen lämpöä siinä määrin, että tapahtuu kondensoitu- I 1 * mistä, ja : .·. - jo osittain jäähtyneen kaasun virtauksen suuntaa muutetaan noin 180°, jol- , · loin kondensoituneet komponentit erotetaan kaasuvirrasta, ja • - pakokaasua saatetaan virtaamaan sisävaipan (9.1) sisäpuolisessa tilassa : 35 oleellisesti ylöspäin samalla samanaikaisesti lämmeten. F:\DOC\FI\l820Fl.doc 7 114500

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pakokaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä (5) sen ulkovaipan ja si-sävaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luovuttaen läm- 5 pöä sekä jäähdyttävään lämmönsiirtoväliaineeseen ja jo osittain jäähtyneen kaasun virtaukseen sisävaipan sisäpuolisessa tilassa.

6 114500

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pakokaasua saatetaan virtaamaan sisävaipan (9.1) sisäpuolisessa tilassa oleellisesti 10 ylöspäin samalla samanaikaisesti vastaanottaen lämpöä kuumasta kaasusta, jota virtaa kanavavirtausjärjestelyssä (5) sen ulkovaipan (8.1) ja sisävaipan (9.1) muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että vettä tai höyryä (6.2) syötetään siten, että syntyy pakokaasua, joka sisältää vesihöyryä noin 5% enemmän kuin palamisprosessissa syntyvä vesihöyryn määrä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poltto-20 moottori on mäntämoottori. * 1 · «et * · • 1 > I > 1 > 1 · » 1 · · * I F:\D0C\FIM820Fl.doc « · 8 114500