DE102017111330B4 - Vorrichtung zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasmassenstrom - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Gewinnung von Kondensat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine erste Abgasmassenstromleitung (2), eine zweite Abgasmassenstromleitung (3), ein Sorbens (5), einen Kondensator (6), einen thermischen Leiter (7) und eine Kühlmittelleitung (8) aufweist, wobei das Sorbens (5) in thermischen Kontakt zu der zweiten Abgasmassenstromleitung (3), und mittels des thermischen Leiters (7) zu der ersten Abgasmassenstromleitung (2), zu dem Kondensator (6) und zu der Kühlmittelleitung (8) steht, und wobei die Kühlmittelleitung (8) von einem Kühlmittel durchströmbar ist, und wobei ein Abgasmassenstrom die zweite Abgasmassenstromleitung (3) durchströmen und das in dem Abgasmassenstrom enthaltene Wasser von dem Sorbens (5) adsorbiert werden kann, und wobei das adsorbierte Wasser durch Wärmezufuhr vom die erste Abgasmassenstromleitung (2) durchströmenden Abgasmassenstrom an den Kondensator (6) desorbiert werden kann, und wobei in dem Kondensator (6) das desorbierte Wasser durch Kältezufuhr vom Kühlmittel der Kühlmittelleitung (8) kondensiert werden kann, und wobei das gewonnene Kondensat aus dem Kondensator (6) abgeführt werden kann.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kondensat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 20 2015 100 452 U1 ist eine Vorrichtung zum Vermindern der Klopfneigung eines fremdgezündeten, aufgeladenen Verbrennungsmotors mit einer Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung, wobei die Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung zumindest einen Kondensator zum Kondensieren zumindest eines Teils von im Abgas, welches die Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung durchströmt, enthaltenem gasförmigen Wasser aufweist und einen Zwischenspeicher zur Aufnahme des entstandenen Kondensates, welcher fluidisch mit dem Kondensator verbunden ist, bekannt.
    Die Vorrichtung besitzt eine Kondensatzuführungseinrichtung zum Zuführen des Kondensats in einen Brennraum des Verbrennungsmotors.
  • Die DE 10 2010 029 984 A1 beschreibt einen Abgaswärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit von Abgas durchströmbaren und von einem Fluid kühlbaren Kanälen, wobei der Wärmeübertrager einen ersten Teilwärmeübertrager und zumindest einen zweiten Teilwärmeübertrager aufweist.
    Der zweite Teilwärmeübertrager weist Mittel auf, die ausgebildet sind, um das Abgas zu entfeuchten.
  • Aus der US 2004/0258597 A1 ist eine Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung aus einem Abgasmassenstrom mittels Umkehrosmose bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kondensat bereitzustellen, welche eine ein geringe Restfeuchte im Abgasmassenstrom aufweist.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kondensat gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von Kondensat wird das im vorab heruntergekühlten Abgasmassenstrom enthaltene Wasser bei der Durchströmung der zweiten Abgasmassenstromleitung zu dem kühlen und trockenen Sorbens geleitet und von dem Sorbens adsorbiert.
    Die durch die Adsorption entstehende Wärme wird über den thermischen Leiter an das die Kühlmittelleitung durchströmende Kühlmittel abgeführt.
  • Anschließend durchströmt ungekühlter/heißer Abgasmassenstrom die erste Abgasmassenstromleitung.
    Es erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Abgasmassenstrom auf das Sorbens.
    Das in dem Sorbens eingelagerte Wasser wird durch die Abgaswärme aus dem Sorbens herausgelöst und strömt aufgrund von Druckunterschieden zu dem Kondensator, welcher das das herausgelöste Wasser aufnimmt.
  • In dem Kondensator kühlt das herausgelöste Wasser aufgrund des thermischen Kontaktes mit dem Kühlmittel, welches die Kühlmittelleitung durchströmt, ab und das dabei gewonnene Kondensat kann aus dem Kondensator herausströmen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Durchströmung der ersten und zweiten Abgasmassenstromleitung regelbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine dritte Abgasmassenstromleitung auf, die einen thermischen Kontakt zu der Kühlmittelleitung aufweist.
    Hiermit ist eine Kühlung des Abgasmassenstromes unabhängig von der Ad- und Desorption möglich.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Kondensat;
    • 2: einen Querschnitt A-A durch die Vorrichtung gemäß 1.
  • Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Kondensat.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Abgasmassenstromleitung 2, eine zweite Abgasmassenstromleitung 3, eine dritte Abgasmassenstromleitung 4, ein Sorbens 5, einen Kondensator 6, einen thermischen Leiter 7 und eine Kühlmittelleitung 8.
  • Die erste Abgasmassenstromleitung 2 umfasst eine erste Öffnung 9, über die ein erster Abgasmassenstrom, beispielsweise ein rückgeführter Abgasmassenstrom (AGR), welcher stromaufwärts eines nicht dargestellten AGR-Kühlers abgezweigt wird, in die erste Abgasmassenstromleitung 2 in Richtung des Pfeils P1 hineinströmen kann, und eine zweite Öffnung 10, über die der erste Abgasmassenstrom aus der ersten Abgasmassenstromleitung 2 in die dritte Abgasmassenstromleitung 4 strömen kann.
    Die erste Abgasmassenstromleitung ist als Hohlzylinder ausgebildet.
  • Die zweite Abgasmassenstromleitung 3 umfasst eine dritte Öffnung 11, über die ein zweiter Abgasmassenstrom, beispielsweise ein rückgeführter Abgasmassenstrom (AGR), welcher zuvor den AGR-Kühler durchströmt hat, in die zweite Abgasmassenstromleitung 3 in Richtung des Pfeils P2 hineinströmen kann, und eine vierte Öffnung 12, über die der zweite Abgasmassenstrom aus der zweiten Abgasmassenstromleitung 3 in die dritte Abgasmassenstromleitung 4 strömen kann.
    Die zweite Abgasmassenstromleitung 3 ist als Hohlzylinder ausgebildet.
  • Die dritte Abgasmassenstromleitung 4 umfasst eine fünfte Öffnung 13, über die der erste Abgasmassenstrom und der zweite Abgasmassenstrom aus der Vorrichtung 1 herausströmen können.
    Die dritte Abgasmassenstromleitung 4 ist als Hohlzylinder ausgebildet und konzentrisch um die Kühlmittelleitung 8 angeordnet.
    Durch den thermischen Kontakt zwischen der dritten Abgasmassenstromleitung 4 und der Kühlmittelleitung 8 ist eine Kühlung des Abgasmassenstromes unabhängig von der Ad- und Desorption möglich.
  • Die Kühlmittelleitung 8 umfasst eine sechste Öffnung 14, über die ein Kühlmittel in die Kühlmittelleitung 8 in Richtung des Pfeils P3 hineinströmen kann, und eine siebte Öffnung 15, über die das Kühlmittel aus der Kühlmittelleitung 8 herausströmen kann.
    Die Kühlmittelleitung 8 ist zylindrisch ausgebildet.
  • Der Kondensator 6 umfasst eine achte Öffnung 16, über die Kondensat in Richtung des Pfeils P4 aus dem Kondensator 6 herausströmen kann.
  • Der Kondensator 6 ist als Hohlzylinder ausgebildet und konzentrisch um die Kühlmittelleitung 8 angeordnet.
  • Der thermische Leiter 7 ist innerhalb der Kühlmittelleitung 8, zwischen dem Kondensator 6 und dem Sorbens 5, sowie zwischen der ersten Abgasmassenstromleitung 2 und der zweiten Abgasmassenstromleitung 3 angeordnet.
    Der thermische Leiter 7 kann einen thermischen Kontakt zwischen dem die Kühlmittelleitung 8 durchströmenden Kühlmittel und dem Kondensator 6, dem Sorbens 5, der zweiten Abgasmassenstromleitung 3 und der ersten Abgasmassenstromleitung 2 herstellen.
  • Das Sorbens 5, beispielsweise Zeolith, ist als Hohlzylinder ausgebildet und zwischen dem Kondensator 6 und der zweiten Abgasmassenstromleitung 3 angeordnet.
  • Über ein Öffnen und Schließen einer nicht dargestellten Sperrvorrichtung für den Abgasmassenstrom erfolgt eine De- und Adsorption des sorptiven Speichersystems.
    Die Sperrvorrichtung ist beispielsweise in einer Umgehungsleitung für einen AGR-Kühler angeordnet.
    Die Regelung hierzu erfolgt abhängig vom Sättigungszustand des Sorbens 5.
  • Das Sorbens 5 ist durch den thermischen Kontakt mit dem die Kühlmittelleitung 8 durchströmenden Kühlmittel abgekühlt und trocken, wobei der thermische Kontakt über den thermischen Leiter 7 erfolgt.
    Ist die Sperrvorrichtung geschlossen, d.h. wenn das Sorbens 5 seinen maximalen Trocknungszustand erreicht hat und der Adsorptionsprozess eingeleitet wird, strömt der rückgeführte Abgasmassenstrom zuerst durch den stromaufwärts der Vorrichtung 1 angeordneten AGR-Kühler und anschließend mit einer Temperatur von beispielsweise 100-150°C durch die dritte Öffnung 11 in die zweite Abgasmassenstromleitung 3 hinein.
    Das im Abgasmassenstrom enthaltene Wasser dringt in Richtung des Pfeils P5 in das Sorbens 5.
    Das Sorbens 5 nimmt das Wasser auf und gibt die dabei entstehende Wärme über den thermischen Leiter 7 an das die Kühlmittelleitung 8 durchströmende Kühlmittel ab.
    Beim Durchströmen der dritten Abgasmassenstromleitung 4 wird der Abgasmassenstrom durch den thermischen Kontakt mit der Kühlmittelleitung 8 weiter abgekühlt.
  • Ist die Sperrvorrichtung offen, d.h. wenn das Sorbens 5 seinen maximalen Sättigungszustand durch maximale Wasseraufnahme erreicht hat und der Desorptionsprozess eingeleitet wird, strömt der rückgeführte Abgasmassenstrom zuerst durch die Umgehungsleitung des AGR-Kühlers und anschließend mit einer Temperatur von beispielsweise 300-400°C durch die erste Öffnung 9 in die erste Abgasmassenstromleitung 2 hinein.
    Über den thermischen Kontakt zwischen dem die erste Abgasmassenstromleitung 2 durchströmenden Abgasmassenstrom und dem Sorbens 5 erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Abgasmassenstrom auf das Sorbens 5.
  • Das in dem Sorbens 5 eingelagerte Wasser wird durch die Abgaswärme aus dem Sorbens 5 herausgelöst und strömt (aufgrund wovon? Thermischer Kontakt?) in Richtung des Pfeils P6 durch neunte Öffnungen 17 in dem thermischen Leiter 7 zu dem Kondensator 6.
  • In dem Kondensator 6 kühlt das herausgelöste Wasser aufgrund des thermischen Kontaktes mit dem Kühlmittel, welches die Kühlmittelleitung 8 durchströmt, ab und das dabei gewonnene Kondensat kann über die achte Öffnung 16 in Richtung des Pfeils P4 aus dem Kondensator 6 herausströmen.
  • Das Gehäuse 2 und seine einzelnen Komponenten weisen jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf.
    Weiterhin sind auch weitere Querschnittsformen möglich.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    erste Abgasmassenstromleitung
    3
    zweite Abgasmassenstromleitung
    4
    dritte Abgasmassenstromleitung
    5
    Sorbens
    6
    Kondensator
    7
    thermischer Leiter
    8
    Kühlmittelleitung
    9
    erste Öffnung
    10
    zweite Öffnung
    11
    dritte Öffnung
    12
    vierte Öffnung
    13
    fünfte Öffnung
    14
    sechste Öffnung
    15
    siebte Öffnung
    16
    achte Öffnung
    17
    neunte Öffnung
    P1
    Pfeil
    P2
    Pfeil
    P3
    Pfeil
    P4
    Pfeil
    P5
    Pfeil
    P6
    Pfeil

Claims (3)

  1. Vorrichtung (1) zur Gewinnung von Kondensat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine erste Abgasmassenstromleitung (2), eine zweite Abgasmassenstromleitung (3), ein Sorbens (5), einen Kondensator (6), einen thermischen Leiter (7) und eine Kühlmittelleitung (8) aufweist, wobei das Sorbens (5) in thermischen Kontakt zu der zweiten Abgasmassenstromleitung (3), und mittels des thermischen Leiters (7) zu der ersten Abgasmassenstromleitung (2), zu dem Kondensator (6) und zu der Kühlmittelleitung (8) steht, und wobei die Kühlmittelleitung (8) von einem Kühlmittel durchströmbar ist, und wobei ein Abgasmassenstrom die zweite Abgasmassenstromleitung (3) durchströmen und das in dem Abgasmassenstrom enthaltene Wasser von dem Sorbens (5) adsorbiert werden kann, und wobei das adsorbierte Wasser durch Wärmezufuhr vom die erste Abgasmassenstromleitung (2) durchströmenden Abgasmassenstrom an den Kondensator (6) desorbiert werden kann, und wobei in dem Kondensator (6) das desorbierte Wasser durch Kältezufuhr vom Kühlmittel der Kühlmittelleitung (8) kondensiert werden kann, und wobei das gewonnene Kondensat aus dem Kondensator (6) abgeführt werden kann.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmung der Abgasmassenstromleitung (16) regelbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine dritte Abgasmassenstromleitung (4) aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20040258597A1 (en) 2003-06-20 2004-12-23 Honeywell International Inc. Water recovery and purification
DE102010029984A1 (de) 2010-06-11 2011-12-15 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager
DE202015100452U1 (de) 2015-01-19 2015-02-10 Ford Global Technologies, Llc Vorrichtung zum Vermindern der Klopfneigung eines fremd gezündeten aufgeladenen Verbrennungsmotors

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