Exomission KWEgen3

Das innovative Kraftstoff-Wasser-Emulsionssystem - KWEgen3 von exomission für größere Dieselmotoren verhindert parallel die Entstehung von Ruß und NOx schon während der Verbrennung

Bei der exomission KWEgen3 wird der Kraftstoff aus dem vorhandenen Kraftstoffvorlauf nach dem Kraftstofffilter des Motors abgenommen und in einer speziellen Vorrichtung mit entmineralisiertem Wasser nach programmierten Mengen zunächst grob vermischt. Unter hohem Druck wird daraus in einer patentierten Emulgiereinheit eine homogene Emulsion erzeugt. Die Emulsion wird dem Einspritzsystem und damit dem Verbrennungsprozess zugeführt. Die nicht verbrauchte Emulsion, welche sich im Kraftstoffrücklauf befindet, wird dem Emulsionskreislauf wieder zugeführt. Dadurch wird überschüssige Emulsion nicht in den Kraftstofftank geleitet, sondern in den Emulsionskreislauf zurückgeführt und damit erneut emulgiert, so dass keine Entmischung stattfindet.

Die exomission KWEgen3 ist ein Abgasminderungssystem und wirkt der Bildung der beiden Haupt-Abgasschadstoffe des Dieselmotors, Ruß und Stickstoffoxiden innermotorisch entgegen. I.d.R. werden auch die Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen positiv beeinflusst. Dies in Verbindung mit einer zumindest verbrauchsneutralen, oftmals auch geringfügig verbrauchssenkenden Wirkung.

Für Dieselmotoren

Dieselmotoren

Alle Motoren die nach dem dieselmotorischen Prinzip arbeiten, sind mit der exomission KWEgen3 ausstattbar. Dabei ist es unerheblich, ob die Motoren Abgasnachbehandlungstechnik haben oder nicht.

Anwendungen

Kraftstoffe

Alle bekannten Kraftstoffe die in einem Dieselmotor verbrannt werden können, sind auch mit Wasser emulgierbar. Dabei gilt der Grundsatz: Je qualitativ schlechter und je viskoser der Kraftstoff ist, desto vorteilhafter wirkt die Emulsion im Brennraum. Mit folgenden Kraftstoffen haben wir ausreichend Erfahrung

Sicher ist sicher

Sicherheitskonzept

Werden über die systemeigenen Sensoren Fehlfunktionen wie Leckagen, Systemdrücke, Durchflüsse oder Temperaturen außerhalb der Spezifikation oder nicht ausreichendes Wasserreservoir detektiert, wird unmittelbar der originale Kraftstoffpfad durch Schaltung der 3/2-Wegeventile wieder hergestellt, eine Fehlerspülung eingeleitet, so dass der Dieselmotor unterbrechungsfrei mit dem originalen Kraftstoff weiterbetrieben werden kann.

Spülung

Vor Abstellen des Motors ist das Einspritzsystem des Motors immer zu spülen. Bei Auslösung der Spülung über eine integrierte Spülfunktion wird die weitere Wasserzufuhr zum Motor unmittelbar beendet und der Kraftstoffrücklauf so lange in den KWE-Wassertank umgeleitet, bis sich keine Emulsion mehr im Kraftstoffsystem befindet. Die Auslösung der Spülung wird bei stationären Anwendungen regelmäßig automatisiert dargestellt. Das Triggersignal kann dabei bspw. über externe Öffner- / Schließer-Kontakte oder systemintegrierte Sensorsignale bei Erreichen / unterschreiten bestimmter Bedingungen realisiert werden.

Wirkung der Emulsion im Brennraum

Wirkungsweise der Emulsion im Brennraum

Es kann davon ausgegangen werden, dass jedes emulgierte Wassertröpfchen von Kraftstoff umgeben ist. Bei Einbringung der Emulsion in die heiße verdichtete Luft der Brennräume verdampfen die Wasserkerne sehr viel schneller als der jeweils umgebende Kraftstoff. Die Zustandsänderung des Wassers von flüssig zu gasförmig erfolgt durch eine sehr große und schnelle Volumenänderung (bei Atmosphärendruck nimmt Wasserdampf etwa das 1.700-fache Volumen im Vergleich zu flüssigem Wasser ein) und damit quasi explosionsartig. Bei diesem in der Wissenschaft als „Mikroexplosion“ (siehe auch Abbildung 2) bezeichneten Vorgang wird der umgebende Kraftstoff in viele, noch kleinere Tröpfchen aufgerissen. Damit entsteht ein noch feineres Kraftstoffspray wodurch der zur Verbrennung erforderliche Sauerstoff eine deutlich größere Oberfläche zur thermischen Umsetzung (Oxidation) vorfindet. Gemischbildung und Verbrennung erfolgen damit weitaus homogener, Fett- und damit Rußbildungszonen werden stark verringert, die Rußemission sinkt drastisch– oftmals bis zur Nachweisgrenze.

Parallel wird dem Brennraum durch den Verdampfungsprozess des Wassers Wärme entzogen (Verdampfungsenthalpie). Damit sinken insbesondere die Verbrennungsspitzentemperaturen in den Brennräumen. Da die innermotorische Bildung von Stickoxiden exponentiell mit der Verbrennungstemperatur ansteigt, verringert sich die NOx-Bildungsrate mit zunehmendem Wassergehalt und damit sinkender Verbrennungsspitzentemperatur entsprechend. Gleichzeitig kann sich der thermische Wirkungsgrad des Motors etwas verbessern.

Fehlerdiagnose

Fehlerdiagnosesystem

Die exomission KWEgen3 ist mit einem vollautomatisch arbeitenden Fehlerdiagnosesystem ausgestattet welches Fehler erkennt, verarbeitet und anzeigt. Ein automatisches Wiederanfahren der Anlage nach einem Fehler erfolgt aus Sicherheitsgründen nicht. Vielmehr muss der Fehler zunächst am Bedienteil quittiert werden. Liegt der erkannte Fehler nach der Quittierung noch vor, startet die Anlage erst nach Beseitigung des Fehlers. Wird der Fehler nach einer definierten Zeit nicht beseitigt wird ein Laufzeitfehler angezeigt.

Wasseraufbereitung

Für die einwandfreie Funktion der exomission KWEgen3 ist die Erzeugung und Zuführung von entionisiertem Wasser als Basis für die Emulsion aus Kraftstoff und Wasser erforderlich. Hierzu werden je nach Herkunft und Beschaffenheit des Wassers verschiedene Module eingesetzt, die das Wasser reinigen und entmineralisieren. Final wird im ppm-Bereich noch ein emulgierbares Öl in das Prozesswasser dosiert. Die Wasseraufbereitungsanlage ist in sehr unterschiedlichen Ausführungen darstellbar. Abgebildet ist eine typische Aufbereitungsanlage für KWE-Anlagen an Antriebsmotoren von Binnenschiffen.

Steuerung ExoControl

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Die Steuerung ExoControl der exomission KWEgen3 basiert auf einer
Siemens S7 1200 SPS in Verbindung mit verschieden großen optionalen Farb-Touch-Screen Displays (HMI).

Optional ist ein Ferndiagnosesystem verfügbar.

Beispiel: KWEgen3 an CAT 3516 mit 2.000 kWe

Systemsteuerung

Die exomission KWEgen3 arbeitet – mit Ausnahme der Abschaltung bei mobilen Maschinen (bspw. Binnenschiffe) – vollautomatisch, kann jedoch in den Hauptfunktionen auch manuell gesteuert werden. Die manuelle Systemsteuerung erfolgt dabei entweder über Bedienknöpfe am Schaltschrankmodul (u.a. bei stationären Motoren) oder über ein externes Bedienteil (u.a. bei Binnenschiffen auf der Brücke; Brückenpult).