DE10160497A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Speichern von aus Kraftstoff ausgefiltertem Wasser - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Speichern von aus Kraftstoff ausgefiltertem Wasser

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Speichern von aus Kraftstoffen mittels eines Kraftstofffilters abgeschiedenem Wasser bereitgestellt. Die Vorrichtung ist mit einem mit einem Wasserspeicher des Kraftstofffilters verbundenen Absorber versehen. Das gespeicherte Wasser kann nun durch Erhitzen oder Druck mittels handelsüblicher Bauteile wieder freigesetzt und einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von aus Kraftstoff abgeschiedenem Wasser. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Vorrichtung, bei der die Speicherung reversibel ist.
    • Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik
  • Kraftstoff stellt in Motoren durch seine Verbrennung die Energie zur Verfügung, die für den Betrieb z. B. eines Kraftfahrzeugs benötigt wird. Entscheidend für die optimale Leistungsausbeute der Verbrennung und somit den minimalen Kraftstoffverbrauch ist die zeitlich und mengenmäßig exakte Dosierung des Kraftstoffs in den Brennraum, entweder durch direkte oder indirekte Einspritzung, ggfs. mit vorgeschalteter Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches. Hierzu wurden in den letzten Jahren Einspritzsysteme entwickelt (z. B. Common Rail, Pumpe-Düse, etc.), die diese exakte Dosierung gewährleisten. Hierbei wird der Kraftstoff stets unter hohem Druck und bei hoher Temperatur zugeführt.
  • Des weiteren werden die Abmessungen der kraftstoffdosierenden Bauteile wie Düsen etc. immer geringer, weshalb diese Bauteile effektiv vor Verstopfen auch durch kleine Partikel geschützt werden müssen. Diese Funktion übernimmt der Kraftstofffilter. Er entfernt Partikel, die z. B. aus der fertigungsbedingten Verschmutzung des Kraftstoffs und der kraftstoffführenden Teile, aus externen Quellen oder aus dem Verschleiß vor allem an metallischen Komponenten wie z. B. Pumpen stammen können.
  • Neben den Partikeln kann sich auch die Gegenwart von Wasser im Kraftstoff negativ auf die kraftstoffführenden Teile auswirken. Mögliche Ursachen hierfür sind z. B. Korrosion, verminderte Schmierwirkung des Kraftstoffs, usw. Zwar liegt der gegenwärtige Grenzwert für in Kraftstoff gelöstem Wasser bei 200 ppm, dieser Wert kann jedoch in der Praxis deutlich überschritten werden. Dies kann u. a. hervorgerufen werden durch Kondensation von Wasser in Lagertanks bei starken Tag/Nacht- Temperaturunterschieden, sehr hoher Luftfeuchtigkeit oder beim Tanken an sich.
  • Das Wasser kann sowohl physikalisch gelöst als auch emulgiert vorliegen. Die Löslichkeit von Wasser im Kraftstoff steigt zudem an, wenn dem Kraftstoff Alkohole oder andere sauerstoffhaltige Komponenten beigemischt werden, wie dies z. B. in Amerika der Fall ist. Somit muss ein moderner Kraftstofffilter neben der Speicherung von festen Stoffen auch das im Kraftstoff vorhandene Wasser effektiv abscheiden können.
  • Dies wird heutzutage mit modernen Filtermedien erreicht. Das Wasser wird üblicherweise in einem im Filter befindlichen Volumen gesammelt und nach Erreichen des maximalen Füllstandes mittels einer Ablassschraube entfernt. Da dieses Wasser aber noch mit Kraftstoffresten verunreinigt sein kann, ist ein einfaches Ablassen der Mischung in die Umwelt nicht akzeptabel, d. h. es müssen Wege zur Trennung des Wasser/Kraftstoff-Gemisches gefunden werden.
  • Zur Trennung dieses Gemisches kann die unterschiedliche Polarität der Flüssigkeiten genutzt werden, wobei bevorzugt eine Absorption des Wassers an einem Trägermaterial stattfindet. Es kann sich bei diesem Trägermaterial sowohl um organische als auch um anorganische Stoffe und Verbindungen handeln. Eine bevorzugte Lösung liegt in der Verwendung von Polymeren wie Polyacrylaten, Polyacrylsäuren, Polyacrylamiden, Polyestern, Polysacchariden, und Copolymeren hieraus, die über ein hervorragendes Wasserspeicherungsvermögen (bspw. bis über 100 g Wasser pro g Polymer für Polyacrylate), bedingt durch hohe Quellneigung, verfügen. Diese Eigenschaft wird z. B. in Windeln und Inkontinenzprodukten genutzt. Die Produkte sind z. B. unter der Bezeichnung HySorb (BASF) kommerziell erhältlich.
  • Vorteilhaft ist zusätzlich, dass die Speicherung reversibel ist, d. h. das Wasser kann durch z. B. Temperatur- oder Druckerhöhung wieder ausgetrieben werden. Da der unpolare Kraftstoff hierbei auf dem Polymer verbleiben kann, wird eine Trennung des Gemisches erreicht.
  • So beschreibt bspw. die DE-OS 196 05 431 ein Filter zur Absorption von Wasser aus Kraftstoffen, bei dem das Polymer in einem Composite-Filter enthalten ist, der vom Filtergehäuse aufgenommen wird.
  • Ein Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass der für die Speicherung vorhandene Raum viel zu gering ist, um die anfallenden Wassermengen, z. B. bei einem LKW zu speichern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Speichern von aus Kraftstoff abgeschiedenem Wasser bereit zu stellen, die den o. g. Nachteil des Standes der Technik vermeidet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche Vorrichtung bereitzustellen, die es auf einfache Art und Weise erlaubt, das abgeschiedene Wasser wieder daraus zu entfernen.
  • Des weiteren soll ein Verfahren zum Speichern von aus Kraftstoff abgeschiedenem Wasser bereit gestellt werden.
  • Diese und weitere Aufgaben werden durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 26 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
  • Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Absorber;
  • Fig. 2 eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Absorbers;
  • Fig. 3 eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Absorbers;
  • Fig. 4 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorbers zur Rückführung des gespeicherten Wassers;
  • Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorbers zur Rückführung des gespeicherten Wassers;
  • Fig. 6 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorbers zur Rückführung des gespeicherten Wassers;
  • und
  • Fig. 7 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorbers zur Rückführung des gespeicherten Wassers.
    • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein Bauteil vor, das mit dem Wasserspeichervolumen des Kraftstofffilters über eine separate Verbindungsleitung in Kontakt steht. Bei dem Bauteil handelt es sich um einen Absorber, der mit einem oder mehreren Absorbenzien gefüllt sein kann. Die Verbindungsleitung kann bspw. aus einem flexiblen Material, bspw. Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymeren (EPDM) bestehen oder auch starr ausgebildet sein.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 2 mit einem erfindungsgemäßen Absorber 16. Im unteren Bereich des Kraftstofffilters 6 befindet sich ein Speicher 8 für durch das Filtermedium 10 grob aus dem Kraftstoff abgeschiedenes Wasser. An diesen Speicher 8 ist eine Verbindungsleitung 12 angeschlossen, die in ihrem oberen, speichernahen Bereich ein Verschlusselement 14 aufweist. Dieses Verschlusselement, bspw. ein Abschlussventil oder ein Absperrhahn, dient zur Regelung des Abflusses des grob abgeschiedenen Wassers aus dem Speicher 8 in die Verbindungsleitung 12.
  • Der Ablauf des Wassers aus dem Speicher 8 kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Hierfür werden Ablassventile und Wassersensoren benötigt, die vermeiden, dass das Speichervolumen des Speichers 8 im Kraftstofffilter 6 überfüllt wird.
  • An der dem Kraftstofffilter abgewandten Seite der Verbindungsleitung 12 ist ein Bauteil 16 angebracht, das aus einem, bspw. aus Polyacrylat bestehenden Absorber besteht. Der Absorber 16 wird mit einem oder mehreren Absorbenzien 18, 20 (vgl. Fig. 2) gefüllt, die in der Lage sind, Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoff und/oder Wasser zu absorbieren. Die Absorbenzien 18, 20 können sowohl in Faser- als auch in Partikelform (Schüttgut) vorliegen. Je nach Einsatzfall können Absorber mit Partikelgrößenverteilungen von 10-100 µm oder 100-1000 µm verwendet werden. Zusätzlich können den Absorbenzien Hilfsstoffe beigefügt und/oder zugemischt werden, die unpolare Komponenten über Absorption oder Adsorption binden können, wie z. B. Aktivkohle oder dgl. Solche Hilfsstoffe können auch durch Beschichten der Absorbenzien dauerhaft mit diesen verbunden werden.
  • Die Wasser-Absorbenzien bestehen dabei bevorzugt aus Polymeren wie Polyacrylaten, Polyacrylsäuren, Polyacrylamiden, Polyestern, Polysacchariden, und Copolymeren hieraus, die über ein hervorragendes Wasserspeicherungsvermögen verfügen. Die Absorbenzien für die Absorption von Kohlenwasserstoffen aus Kraftstoff bestehen vorwiegend aus Aktivkohle, die ggf. mittels einer Imprägnierung nachbehandelt sein kann. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass auch andere anorganische Verbindungen, die in der Lage sind, Wasser selektiv und reversibel zu binden, für die oben beschriebenen Anwendungen einsetzbar sind, so z. B. ggfs. modifizierte Zeolithe, Kieselgele, Kieselgure etc.
  • Fig. 2 zeigt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Absorbers 16, bei der dieser mit zwei Absorbenzien 18, 20 für Kohlenwasserstoffe und Wasser gefüllt ist. Es ist anzumerken, dass die Reihenfolge der Absorbenzien für die Durchführung der Erfindung unerheblich ist.
  • In Fig. 3 ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Absorbers gezeigt, in der der Absorber 16 mit nur einem Absorbenz 20 zur Absorption von Wasser gefüllt ist.
  • Das, u. U. von Kohlenwasserstoffen abgereinigte, Wasser kann nun durch Erhitzen oder Druck mittels handelsüblicher Bauteile wieder freigesetzt werden.
  • Dazu kann bspw. ein Heizelement 22, wie z. B. eine Heizwendel verwendet werden, die, wie in Fig. 4 gezeigt, um den Absorber 16 gewickelt wird und, wenn die Aufnahmekapazität des Absorbenz erreicht ist, eingeschaltet wird, um so das gespeicherte Wasser zu verdampfen. Während des Verdampfens wird das Ablassventil oder Verschlusselement geschlossen.
  • Über eine Öffnung kann es dann entweder in die Umwelt verdampfen, abgelassen werden oder aber über eine weitere Verbindungsleitung 24 z. B. der Scheibenwaschanlage im Kraftfahrzeug zugeführt oder als Kraftstoffzusatz zur Verringerung der Schadstoffbildung bei der motorischen Verbrennung (Senkung der Verbrennungstemperatur) genutzt werden.
  • Fig. 5 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Auspressen des gespeicherten Wassers mittels Druckbeaufschlagung über eine Druckleitung 26 realisiert wird.
  • Die Absorption erfolgt unter Gelbildung, wobei das Absorberpulver durch das gespeicherte Wasser in die Gelform überführt wird. Eine Entsorgung des kompakten Gelpacks 4 (vgl. Fig. 6), also des mit Wasser aufgequollenen Absorbers kann ebenso erfolgen.
  • Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorbers zur Rückführung des gespeicherten Wassers. In dem Absorber 16 befindet sich ein Docht 28, der mit seiner oberen Hälfte in den Luftstrom (siehe Pfeil in Fig. 7) des Ansaugsystems 30 der Brennkraftmaschine ragt. Aufgrund der Kapillarwirkung des Dochtstoffes (z. B. Vlies, Mikrofasern) steigt die Flüssigkeit im Docht nach oben. Über die Oberfläche des Dochts wird das Wasser im Luftstrom verdunstet.
  • Übliche Mengen zum Verdunsten von Flüssigkeiten mittels eines Dochts sind 5 g/h bei einer Dochtfläche von ca. 300 mm2. Übliche Mengen von Wasser, die bspw. an einem Dieselfilter anfallen, liegen im Bereich von 2 bis 30 ml/100 km.
  • Die Flüssigkeitsmengen, die so dem Motor wieder zugeführt werden, sind gegenüber den normalen eingetragenen Feuchtigkeitsmengen vernachlässigbar. Die im Wasser mit beinhalteten Kohlenwasserstoffe werden im Motor mit verbrannt und nicht der Umwelt zugeführt.

Claims (34)

1. Vorrichtung (2) zum Speichern von aus Kraftstoffen mittels eines Kraftstofffilters abgeschiedenem Wasser, gekennzeichnet durch einen mit einem Wasserspeicher (8) des Kraftstofffilters über eine Verbindungsleitung (12) verbundenen Absorber (16).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (12) ein Verschlusselement (14) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verschlusselement (14) um ein Ablassventil oder einen Absperrhahn handelt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (14) einen Sensor zur Kontrolle des Füllstandes des Wasserspeichers (8) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (16) ein oder mehrere Absorbenzien (18, 20) enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbenzien (18, 20) ein Trägermaterial aus organischen und/oder anorganischen Stoffen umfassen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorbenzien Polymere einsetzbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymeren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylaten, Polyacrylsäuren, Polyacrylamiden, Polyestern, Polysacchariden und Copolymeren hieraus.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere über eine hohe Quellneigung verfügen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorbenzien modifizierte Zeolithe, Kieselgele oder Kieselgure einsetzbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbenzien (18, 20) Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoff und/oder Wasser absorbieren können.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbenzien (18, 20) zusätzlich Hilfsstoffe enthalten.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Hilfsstoffe unpolare Komponenten über Absorption oder Adsorption bindbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Hilfsstoff um Aktivkohle handelt.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Einrichtung aufweist, mittels derer das gespeicherte Wasser wieder austreibbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einem Heizelement (22) besteht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (22) um den Absorber (16) gewickelt ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass das Wasser mittels Druck austreibbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Absorber (16) ein Docht (28) angeordnet ist, über den das gespeicherte Wasser austreibbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Dochts (28) in das Luftansaugsystem (30) eines Verbrennungsmotors hineinragt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption unter Gelbildung erfolgt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Wasser aufgequollene Absorberpulver ein Gelpack bildet, das insgesamt entsorgbar ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (16) eine Einrichtung zur Rückführung des gespeicherten Wassers (24) aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Wasser für die Scheibenwaschanlage des mit dem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugs verwendbar ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Wasser als Kraftstoffzusatz zur Verringerung der Schadstoffbildung bei der motorischen Verbrennung nutzbar ist.
26. Verfahren zum Speichern von aus Kraftstoffen mittels eines Kraftstofffilters abgeschiedenem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absorber (16) mit einem Wasserspeicher (8) des Kraftstofffilters (6) verbunden wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (16) mit einem oder mehreren Absorbenzien (18, 20) befüllt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus dem Wasserspeicher (8) kontinuierlich oder diskontinuierlich dem Absorber (16) zugeführt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung des Wassers in dem Absorber (16) reversibel ist.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung durch Druck und/oder Temperaturerhöhung rückgängig gemacht werden kann.
31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser über einen in dem Absorber (16) angeordneten Docht (28) verdampft wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser über die Oberfläche des Dochts (28) im Luftansaugsystem (30) eines Verbrennungsmotors verdampft wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Absorber (16) ausgetriebene Wasser einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
34. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25 als Speicherbauteil in Kraftfahrzeugen.
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