WO1987005659A1 - Procede et dispositif pour alimenter une installation ou machine a combustion - Google Patents

Procede et dispositif pour alimenter une installation ou machine a combustion Download PDF

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WO1987005659A1 PCT/CH1987/000025 CH8700025W WO8705659A1 WO 1987005659 A1 WO1987005659 A1 WO 1987005659A1 CH 8700025 W CH8700025 W CH 8700025W WO 8705659 A1 WO8705659 A1 WO 8705659A1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a combustion plant or machine with a fuel-air mixture, in which the fuel is composed of hydrocarbons and of oxygen and hydrogen, oxygen and hydrogen by dissociation of water in one, one Catalyst-receiving water container are generated, and a fuel supply device for performing the method.
  • the known method has the disadvantage that the installation required to carry out the method is quite complex.
  • the invention further comprises a fuel supply device, which has the task of enabling the method according to the invention to be carried out in an optimal manner.
  • a fuel supply device which has the task of enabling the method according to the invention to be carried out in an optimal manner.
  • This object is achieved in that one air supply line and one water supply line are connected to the water tank, while a line is provided for the supply of the fuel-air mixture, which leads into the supply line to the incineration plant or machine gas-air mixture is provided ist'Pumpe r .or "compressor or a suction device in the intake passage introducing the.
  • the invention is shown in the drawing in a schematically illustrated embodiment and described below.
  • the figure shows in a block diagram a combustion plant or machine which is partly fed with a fuel made of hydrocarbons and partly with a fuel made of oxygen and hydrogen obtained by dissociation.
  • 1 denotes an incineration plant or machine, which can be, for example, a furnace or an internal combustion engine.
  • this system or machine is fed with a fuel 2 made of hydrocarbons, which is stored in a supply container 3 is stored.
  • the fuel 2 flows through a line 4 to a fuel umpe 5, which feeds the same via a line 6 to the system or machine 1.
  • the supply line 7 may have a separate fuel and combustion air supply or a common supply line.
  • the combustion air is supplied, as shown in the figure, by a blower or a compressor 8 via a line 9 into the feed line 7.
  • An air filter 10 is connected upstream of the blower or compressor 8, so that the air is cleaned by a Suction line 11 flows to the blower or compressor 8. If the internal combustion engine 1 is a piston engine, the fan 8 can be omitted.
  • the combustion air then flows through the air filter 10 directly into the feed line 7 into the combustion chamber.
  • the supply of the fuel 2 and the combustion air is known in many versions, which is why details are not reproduced.
  • the pollution of the environment, in particular the formation of carbon monoxide and nitrogen oxide, is to be substantially reduced.
  • the system or machine provides a water tank 12 in which a catalyst is introduced.
  • catalysts Many combinations of metals, metal oxides and metalloids are known as catalysts.
  • Form elements e.g. Titan with platinum or titanium with
  • the water tank 12 has a water reservoir 14 which is connected to the water tank 12 via a connecting line 15.
  • a metering device 16 e.g. a control valve that is controlled by a float 17.
  • the water in the water tank 12 is circulated by a water pump 18 in a line circuit 19.
  • a heat exchanger is inserted in the line circuit 19 and is used for heating the water in the container 12.
  • the heat can be supplied in various ways, which is why the supply of heat by a heat source 21 is only indicated schematically.
  • the heat source 21 can be a heat exchanger 20 acted upon by the exhaust gases. If it is an internal combustion engine 1 / the heat source can be, for example, the cooling water circuit with which one side of the heat exchanger is acted on. However, direct heat exchange through the combustion gases in the exhaust is also possible.
  • the heating of the water in the water tank 12 is necessary because the dissociation of the water into oxygen and hydrogen triggered by the catalyst increases in intensity with increasing temperature.
  • An air supply line 22 is also connected to the water tank 12, through which air is conveyed into the water tank 12 by a blower or compressor 23.
  • An air preheater 25 is provided in the suction line 24 of the blower or the compressor 23.
  • the air preheater 25 can also be omitted, in particular in warm countries, but it is also expedient to provide an air filter on the suction side (not shown), as is shown in the suction line 11 of the combustion air.
  • the fuel-air mixture can be introduced into the feed line 7 in various ways. If the machine 1 is a carburetor machine, the fuel mixture delivered from the water tank 12 is introduced into the air line 9. Since the combustion air is sucked in by the combustion machine - there is no need for the blower or compressor 8 - the fuel mixture with the sucked-in air is also fed into the combustion chamber. However, if the combustion Air is supplied by the blower or compressor 8, the fuel mixture coming from the water tank 12 is introduced into the air line immediately before the combustion chamber. In this case, the blower or the compressor 23 connected to the water tank 12 generates the pressure required to introduce the gas mixture into the feed line 7.
  • the described system ensures that a system or a machine can be operated in such a way that the fuel content of hydrocarbons 2 can be significantly reduced. Since, in addition, waste heat that would otherwise be lost is used for heating the water in the line circuit 19, the efficiency of the system or the machine 1 is significantly increased compared to known systems or machines.
  • the water temperature in the water tank 12 is kept at a relatively low temperature, e.g. kept in the range of 40 ° - 120 ° C.
  • the mixture supplied to the feed line 7 can also be heated, e.g. by a heat exchanger fed by the exhaust gases or the cooling water.

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Description

Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Verbrennungs- Anlage oder -Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungs-Anlage oder -Maschine mit einem Brennstoff- Luft-Gemisch, bei welchem der Brennstoff aus Kohlenwasser¬ stoffen und aus Sauerstoff und Wasserstoff zusammengesetzt wird, wobei Sauerstoff und Wasserstoff durch Dissoziation von Wasser in einem, einen Katalysator aufnehmenden Wasser¬ behälter erzeugt werden, und eine Brennstoffzuführeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei Verbrennungs-Anlagen und -Maschinen ist es bekannt, als Brennstoff einen zerstäubten flüssigen Kohlenwasserstoff oder ein brennbares Gas zu verwenden. Das Einführen des Brennstoffes in den Brennraum kann hierbei auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Bekannt sind, Brennstoffdüsen, für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, Vergaser o.dgl. Die für die Verbrennung notwendige Luft wird entweder mittels eines Gebläses in den Brennraum gedrückt oder in den Brenn¬ raum angesaugt.
Die Belastung der Umwelt durch die in diesen Anlagen und Maschinen entstehenden Abgase ist enorm, weshalb nach Mittel und Wegen gesucht wird, um die Schadstoffmenge, insbesondere Kohlen onoxyd und Stickoxyd, zu verringern.
Eine der Möglichkeiten zur Verringerung schädlicher Abgas¬ stoffe besteht darin, dass Wasserstoff als Brennstoff ver¬ wendet wird, das sich bei der Verbrennung mit Sauerstoff zu Wasser verbindet, -welches die Umwelt praktisch nicht belastet.
Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, Wasserstoff durch Dissoziation, von Wasser zu erzeugen, wobei gleichzeitig auch der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff ent¬ steht. Von diesem Verfahren sei stellvertretend für alle ein Verfahren genannt (PCT WO 81/00279). Nach diesem Ver¬ fahren ist es bekannt, eine Brennkraftmaschine mittels eines Brennstoff-Luft-Gemisches zu betreiben, bei welchem dieses Gemisch im wesentlichen aus Wasserstoff und Sauerstoff zusammengesetzt ist. Der Wasserstoff wird hierbei durch Dissoziation von Wasser in einem Wasser¬ behälter erzeugt, in welchem sich ein geeigneter Katalysator, z.B. aus Metallen, Metalloiden, Metalloxyden o.dgl., befindet. Das durch die Dissoziation erzeugte Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch wird in die Ansaugleitung des Motors eingeführt.
Das bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, dass die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Anlage recht aufwendig ist.
Hier setzt die Erfindung ein, welcher die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass ein verhältnismässig geringer Geräte¬ aufwand erforderlich ist, jedoch eine wesentliche Ein¬ sparung des Kohlenwasserstoff-Bedarfes erreicht wird. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Wasserbehälter von kalter oder erwärmter Luft durchströmt wird. Damit wird erreicht, dass der durch die Dissoziation entstehende Sauerstoff und Wasserstoff mit Luft gemischt werden, so dass das der Verbrennung zugeführte Gemisch einen geringeren Stickstoffanteil aufweist.
Die Erfindung umfasst weiter eine Brennstoffzuführ¬ einrichtung, welcher die Aufgabe zukommt, die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in optimaler Weise zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an dem Wasserbehälter je eine Luftzuführungs- und eine WasserZuführungsleitung angeschlossen ist, während für die Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches eine Leitung vorgesehen ist, welche in der Zuleitung der Verbrennungs-Anlage oder -Maschine mündet, wobei zum Einführen des Gas-Luft-Gemisches eine'Pumper.oder" Kompressor oder eine Saugeinrichtung in der Ansaugleitung vorgesehen ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel dargestellt und nach¬ folgend beschrieben.
Die Figur zeigt in einem Block-Diagramm eine Verbrennungs- Anlage oder -Maschine, welche teilweise mit einem Brenn¬ stoff aus Kohlenwasserstoffen und teilweise mit einem Brennstoff aus durch Dissoziation erhaltenen Sauerstoff und Wasserstoff gespeist wird.
In der Figur ist mit 1 eine Verbrennungs-Anlage oder -Maschine bezeichnet, die beispielsweise eine Feuerung oder eine Verbrennungskraft-Maschine sein kann. Diese Anlage oder Maschine wird einerseits mit einem Brennstoff 2 aus Kohlenwasserstoffen gespeist, der in einem Vorrats- behälter 3 gelagert ist. Der Brennstoff 2 fliesst durch eine Leitung 4 einer Brennstoff umpe 5 zu, welche denselben über eine Leitung 6 der Anlage oder Maschine 1 zuleitet. In diesem Zusammenhang ist es nicht von Bedeutung, ob der Brennstoff wie bei einem Diesel-Motor oder einer Gasturbine - durch eine geschlossene Leitung in den Brennraum zerstäubt wird oder ob einVergaser vorgesehen ist, in welchem der Brennstoff mit der Verbrennungsluft zusammengeführt und in den Brennraum gelangt. Mit 7 ist eine Zuleitung 7 zum Brennraum der Anlage oder der Maschine 1 bezeichnet, wobei die Zuleitung 7 eine getrennte Brennstoff- und Verbrennungs¬ luft-Zuführung oder eine gemeinsame Zuleitung aufweisen kann.
Die Zuführung der Verbrennungsluft erfolgt, wie dies in der Figur dargestellt ist, durch ein Gebläse oder einen Kompressor 8 über eine Leitung 9 in die Zuleitung 7. Dem Gebläse oder Kompressor 8 ist ein Luftfilter 10 vor¬ geschaltet, so dass die Luft gereinigt über eine Saug¬ leitung 11 zum Gebläse oder Kompressor 8 strömt. Ist die Verbrennungsmaschine 1 ein Kolbenmotor, kann auf das Gebläse 8 verzichtet werden. Die Verbrennungsluft strömt dann über den Luftfilter 10 direkt in die Zuleitung 7 in den Brennraum. Wie bereits erwähnt, ist die Zufuhr des Brennstoffes 2 und der Verbrennungsluft in vielen Ausführungen bekannt, weshalb auf die Wiedergabe von Details verzichtet wird.
Wesentlich ist, dass nur ein Teil des für die Verbrennung erforderlichen Brennstoffes aus Kohlenwasserstoffen 2 besteht. Mit der beschriebenen Anlage oder Maschine 1 soll die Schadstoffbelastung der Umwelt, insbesondere die Bildung von Kohlenmonoxyd und Stickoxyd, wesentlich verringert werden. Zu diesem Zweck sieht die Anlage oder Maschine einen Wasserbehälter 12 vor, in welchem ein Katalysator eingebracht wird. Als Katalysator sind viele Kombinationen von Metallen, Metalloxyden und Metalloiden bekannt.
Als Beispiel seien genannt: Magnesium und Cer, Elektron und Lant
Yttrium und Praseodym oder deren Oxyde und Sulfate.
Weiter sind als Katalysator Metall- und Oxyd-Mischungen möglich und zudem werden bedampfte Metalle, die zwei
Elemente bilden, z.B. Titan mit Platin oder Titan mit
Ruthenium oder Titan mit Palladium o.dgl. »eingesetzt.
Diese Kombinationen von Elementen haben ausschliesslich den
Zweck, die Dissoziation des Wassers zu verbessern und im
Betrieb wirksam zu halten.
Der Wasserbehälter 12 weist ein Wasserreservoir 14 auf, welches über eine Verbindungsleitung 15 mit dem Wasserbehälter 12 verbunden ist. In der Verbindungsleitung 15 befindet sich ein Dosiergerät 16, z.B. ein Regelventil, das über einen Schwimmer 17 geregelt wird.
Das Wasser im Wasserbehälter 12 wird durch eine Wasserpumpe 18 in einem Leitungskreislauf 19 umgewälzt. Im Leitungs¬ kreislauf 19 ist ein Wärmeaustauscher eingefügt, der für die Erwärmung des Wassers im Behälter 12 dient. Die Wärme kann hierbei auf verschiedene Weise geliefert werden, weshalb die Wärmezufuhr- durch eine Wärmequelle 21 nur schematisch angedeutet ist. Je nach Art der Anlage oder Maschine 1 kann es sich bei der Wärmequelle 21 um einen von den Abgasen beaufschlagten Wärmeaustauscher 20 handeln. Handelt es sich um eine Verbrennungsmaschine 1/ kann die Wärmequelle beispielsweise der Kühlwasserkreis¬ lauf sein, mit dem die eine Seite des Wärmeaustauschers beaufschlagt wird. Es ist aber auch ein direkter Wärme¬ austausch durch die Verbrennungsgase im Auspuff möglich. Die Erwärmung des Wassers im Wasserbehälter 12 ist deshalb erforderlich, weil die von dem Katalysator ausgelöste Dissoziation des Wassers in Sauerstoff und Wasserstoff mit zunehmender Temperatur an Intensität wächst.
Am Wasserbehälter 12 ist weiter eine Luftzuleitung 22 angeschlossen, durch welche von einem Gebläse oder Kompressor 23 Luft in den Wasserbehälter 12 gefördert wird. In der Saugleitung 24 des Gebläses oder des Kompressors 23 ist ein Luftvorwärmer 25 vorgesehen. Der Luftvorwärmer 25 kann auch entfallen, insbesondere in warmen Ländern, jedoch ist es zweckmässig saugseitig auch einen Luftfilter vorzusehen (nicht dargestellt) , wie dies in der Saug¬ leitung 11 der Verbrennungsluft dargestellt ist.
Durch die Erwärmung des Wassers im Wasserbehälter 12 und wegen der Anwesenheit des Katalysators setzt die Dissoziation des Wassers ein. Der entstehende Sauerstoff und Wasserstoff wird mit der über die Luftzuleitung eintretenden Luft gemischt. Es entsteht somit ein brennbares Gemisch, dessen Stickstoffanteil entsprechend niedrig ist. Dieses Gemisch wird durch eine Gemischleitung 26 in die Zuleitung 7 zum Brennraum der Anlage oder der Maschine 1 gefördert. In der Gemischleitung 26 ist ein Flüssigkeitsabscheider 27 angeordnet, der im Gemisch vornandenen Wasserαampf teilweise abscheidet und wieder in den Wasserbehälter 12 zurückleii.et. Der Flüssigkeitsabscheider 27 kann jedoch auch im Wasser¬ behälter 12 angeordnet sein.
Das Brennstoff-Luft-Gemisch kann in verschiedener Weise in die Zuleitung 7 eingeführt werden. Handelt es sich bei der Maschine 1 um eine Vergasermaschine, wird das aus dem Wasserbehälter 12 geförderte Brennstoff-Gemisch in die Luftleitung 9 eingeleitet. Da die Verbrennungsluft durch die Verbrennungsmaschine angesaugt wird - es kann auf das Gebläse oder Kompressor 8 verzichtet werden - wird auch das Brennstoff-Gemisch mit der angesaugten Luft in den Brennraum gefördert. Wenn jedoch die Verbrennungs- luft durch das Gebläse oder Kompressor 8 geliefert wird, wird das aus dem Wasserbehälter 12 kommende Brennstoff- Gemisch in die Luftleitung unmittelbar vor dem Brennraum eingeführt. In diesem Fall erzeugt das am Wasserbehälter 12 angeschlossene Gebläse oder der Kompressor 23 den er¬ forderlichen Druck zur Einführung des Gasgemisches in die Zuleitung 7.
Durch die beschriebene Anlage wird erreicht, dass eine Anlage oder eine Maschine derart betrieben werden kann, dass der Brennstoffanteil an Kohlenwasserstoffen 2 wesentlich gesenkt werden kann. Da zudem für die Er¬ wärmung des Wassers im Leitungskreislauf 19 Abwärme ver¬ wendet wird, die sonst verloren wäre, wird der Wirkungsgrad der Anlage oder der Maschine 1 gegenüber bekannten Anlagen oder Maschinen wesentlich erhöht. Zudem wird die Wasser¬ temperatur im Wasserbehälter 12 auf verhältnismässig niedriger Temperatur, z.B. im Bereich von 40° - 120° C, gehalten. Auch kann das der Zuleitung 7 zugeführte Gemisch erwärmt werden, z.B. durch einen durch die Abgase oder das Kühlwasser gespeisten Wärmeaustauscher.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungs-Anlage oder -Maschine (1) mit einem Brennstoff-Luftgemisch, bei welchem der Brennstoff aus Kohlenwasserstoffen (2) und aus Sauerstoff und Wasserstoff zusammengesetzt wird, wobei der Sauerstoff und der Wasserstoff durch Dissoziation von Wasser in einem einen Katalysator (13) aufnehmenden Wasserbehälter (12) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserbehälter (12) von kalter oder erwärmter Luft durchströmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser im Wasserbehälter (12) durch Wärmeaustausch (21) mit Abgasen oder Kühlwasser der Verbrennungs-Anlage oder -Maschine (1) erwärmt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem im Wasserbehälter (12) ent¬ stehenden, aus Sauerstoff, Wasserstoff und Luft be¬ stehenden Gas-Luft-Gemisch ein Teil des Wasserdampfes ab¬ geschieden wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das aus dem Wasserbehälter (12) strömende Gas-Luft-Gemisch in den Brennraum der Maschine oder Anlage (1) angesaugt oder gepumpt wird.
5. Brennstoffzuführeinrichtung zur Durchführung des Ver¬ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass an dem Wasserbehälter (12) je eine Luftzuleitung (22) und eine Wasserzuführleitung (19) an¬ geschlossen ist, während für die Zuführung des Gas- Luft-Gemisches in die Anlage oder die Maschine (1) eine Gemischzuleitung (7) vorgesehen ist, welche in einer Zuleitung (7) der Verbrennungs-Anlage oder -Maschine mündet, wobei zum Einführen des Gas-Luft- Gemisches eine Pumpe oder ein Kompressor (23) oder eine Saugeinrichtung in der Zuleitung (7) vorgesehen ist.
6. Brennstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzufüh leitung Teil eines Wasserkreislaufes (19) ist, in welchem zur Erwärmung des Wassers des Wasserbehälters (12) ein Wärmeaustauscher (20) vorgesehen ist, dessen eine Seite von einer Wärmequelle (21), z.B. einem Kühlwasserkreislauf oder einer Abgasleitung be¬ aufschlagt ist.
7. Brennstoffzuführeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wassers im Wasser¬ behälter (12) 40° - 120° C beträgt.
8. Brennstoffzuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Wasser¬ behälter (12) mit der Gemischzuleitung (7) verbindende Gemischleitung (26) mit einer Heizeinrichtung versehen ist, z.B. mit einem von Abgasen oder von Kühlwasser beaufschlagten Wärmeaustauscher.
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AU (1) AU7038087A (de)
CH (1) CH672167A5 (de)
DE (1) DE3790140D2 (de)
WO (1) WO1987005659A1 (de)

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Also Published As

Publication number Publication date
DE3790140D2 (en) 1988-10-27
EP0259388A1 (de) 1988-03-16
CH672167A5 (de) 1989-10-31
AU7038087A (en) 1987-10-09

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