本发明专利技术涉及一种内燃机和用于在内燃机中借助膨胀功获得能量的方法。本发明专利技术所基于的任务是说明一种将氧气节能地输送到自压缩的内燃机的燃烧室中的可能性。根据本发明专利技术，该任务以用于执行强化燃烧用以自动提高燃烧气体的压力并且将燃烧气体在内燃机中使用来做机械功的装置通过如下方式解决，即，在燃烧室中存在储氧材料，从而通过在燃烧室中的储氧材料中存储氧气可以实现自压缩的燃烧过程。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种内燃机和用于在内燃机中借助膨胀功获得能量的方法。
技术介绍
自压缩的燃烧过程的能量利用(随后被称为SCC(Self-acting Compacting Combustion自动压缩燃烧)过程)首先由Lampinen在WO 2012/153003A1中描述。从事实中得知的是，当特殊的离子导电的膜负责用于使氧气和氮气通过热的反应器壁进入燃烧室中时，自动压缩燃烧气体。用于传输氧气(O2)的驱动力主要由燃烧室中的低O2分压产生。因此，燃烧空气的常见的压缩不再是必需的，可利用的膨胀功的份额变大。相应地，内燃机的在理论上可实现的效率明显提高。因为对于高效的内燃机来说力求达到高的压力和温度，所以相应的SCC过程通对所使用的膜部件的稳定性的高的要求来表征。陶瓷膜通常是脆的，并且应该为了实现高的流动性而是尽可能薄壁的。尤其是当力求达到高的效率和为此需要的高的燃烧压力和燃烧温度时，这与对于SCC过程来说需要的高的机械稳定性是矛盾的。相应地，SCC过程在使用陶瓷膜的情况下应该限制为100bar以下或更小的压力。此外，内燃机的耦联导致燃烧过程的周期性的变动，尤其是导致温度和压力的波动。产生的振荡可以危害膜的机械完整性。为了用作OTM(氧气传输膜)建立的材料，例如BSCF(Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ)因为其高的氧气流量而公知，氧气流量基于其混合的导电性(MIEC；混合的离子-电子导电性)。然而，BSCF也因为基本的结晶相在830℃以下的分解而公知(Shao,Z.等：对Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ氧膜的渗透性和稳定性的研究(Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δoxygen membrane).Journal of Membrane Science 172(2000),第177-188页)。更高的温度此外还导致材料的明显更高的蠕变率，从而对于900℃和20bar的压差就已经会预期发生机械故障(Pecanac,G.等：Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ膜材料的机械性能和使用寿命预计(Mechanical properties and lifetime predictions for Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δmembrane material).Journal of Membrane Science 385-386(2011),第263-268页)。此外，这种基于钙钛矿结构类型的MIEC材料包含高的碱土金属份额，其与CO2的反应导致氧气流量随着CO2含量的上升而强烈地下降(Schulz,M.等：对二氧化碳稳定性和透氧膜的氧气流量的评估(Assessment of CO2stability and oxygen flux of oxygen permeable membranes).Journal of Membrane Science 378(2011)，第10-17页)。此外，燃料的绝热燃烧典型地导致气体温度比2000℃高得多。尽管膜的温度会比较低，但因此应该使用基于ZrO2或CeO2的高温材料。然而这种材料的氧气流量明显低于钙钛矿的氧气流量(Sunarso,J.等：基于陶瓷的用于氧分离的膜的混合的离子-电子导电性(MIEC)(Mixed ionic-electronic conducting(MIEC)ceramic based membranes for oxygen separation).Journal of membrane Science 320(2008),第13-41页)。冷却燃烧气体或膜壁虽然原则上看起来是可能的，但会使技术实施复杂化，并且降低效率。在使用陶瓷OTM膜的情况下，在SCC过程中实现特别高的压力看起来仅当在膜的两侧的压力相同时才是可能的。在该情况下，整个膜材料处于压缩应变下，不存在处于拉伸应变下的区域，从而可以期待膜的高的使用寿命。然而，这种负荷情况对于SCC过程来说是没有意义的，这是因为空气的相应的压缩会消耗可附加地使用的膨胀功。整体上确定的是，对于SCC过程的力求达到的高的温度和压力来说，没有可供使用的带有足够高的透氧性和稳定性的膜材料。用于OTM的材料经常也能够可逆地存储氧气，即，作用为储氧材料(随后被称为OSM，Oxygen Storage Materials储氧材料)。氧在此嵌入固体材料的晶格中。不同的OSM和不同的方法迄今已要求保护或描述为如下方法，例如所谓的化学链燃烧(Chemical Looping Combustion)(CLC:US 5 447 024A；Hossain,M.M.,de Lasa,H.l.:用于固有的二氧化碳分离的化学链燃烧-综述(Chemical looping combustion(CLC)for inherent CO2separations-a review).Chemical Engineering Science 63(2008),4433-4451)和陶瓷自热恢复(Ceramic Autothermal Recovery)(CAR:EP 0 913 184B1；Ullmann,H.等：带有高的氧传输的氧化物陶瓷(Oxidkeramiken mit hohem Sauerstofftransport)，陶瓷杂志(Keramische Zeitschrift)，57(2005)2,第72-78页)。此外，不同的基于钙钛矿和萤石的材料组合物作为OSM(JP 05004044A、EP 1 547 972A3、US 6 059 858A、DE 10 2005 034 071A1)要求保护，其经常与特定的方法，例如气体清洁(JP 05004044A、JP 04164803A)或在使用特殊的气体的情况下与特定的方法步骤(US 6 464 955B2、EP 0 995 715A1)一起组合。基于OSM和氧气的相应的化学反应，加载相应于OSM的氧化，卸载相应于OSM的还原。前一过程总是放热的，后一过程总是吸热的。因此，OSM的周期性的加载和卸载总是伴随着热释放和热消耗(Kaps,C.,Kriegel,R.:作为用于高效的能源技术的智能材料的钙钛矿陶瓷(Perovskite ceramics as smart materials for efficient energy technologies)。在：Proceedings of the 2.International Congress on Ceramics中。Verona,Italy.29.06-04.07.2008)。OSM的还原或氧化的焓主要依赖于其化学组成，尤其是金属类型，其由于其价态变化决定加载和卸载特性。例如在钙钛矿类型的基于铁或钴的混合导电的氧化物的情况下，容易的价态变化通常伴随着低的大约为-50KJ每mol O2的氧化焓。基于Mn和Cr的OSM相反地表现出最多大约为-350KJ每mol O2的氧化焓。因此，聚焦于节能的氧气产生的CAR方法(US 6 059 85本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于执行强化燃烧的装置，其用于自动提高燃烧气体的压力并且将燃烧气体在内燃机中使用来做机械功，其特征在于，在燃烧室中存在储氧材料(2)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 DE 102013114852.21.一种用于执行强化燃烧的装置，其用于自动提高燃烧气体的压力并且将燃烧气体在内燃机中使用来做机械功，其特征在于，在燃烧室中存在储氧材料(2)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，-所述燃烧室包含至少两个反应室(1.1、1.2、1.3)，其中，每个反应室(1.1、1.2、1.3)-包含储氧材料(2)，-具有至少一个用于燃料的输入端(11.1、11.2、11.3)和一个用于新鲜空气的输入端，-具有用于输出氧气耗尽的空气的第一输出端(12.1、12.2、12.3)，-具有用于输出燃烧气体的配设有阀(6.1、6.2、6.3)的第二输出端(3.1、3.2、3.3)，-每个第二输出端(3.1、3.2、3.3)通过输入端(8)与后置的工作室(4)连接，其中，为了将燃烧气体导入工作室(4)中分别仅有一个阀(6.1、6.2、6.3)是打开的。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述储氧材料(2)具有针对脱氧的在150KJ/mol O2与350KJ/mol O2之间的还原焓。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，使用Ca0.5Sr0.5Mn0.5Fe0.5O3-δ的颗粒作为储氧材料(2)，其带有30体积％的开孔率和3.67g/cm3的密度。5.根据权利要求1至4所述的装置，其特征在于，颗粒形式的储氧材料(2)作为填充床被布置在所述反应室(1.1、1.2、1.3)中。6.根据权利要求1至5所述的装置，其特征在于，每个反应室(1.1、1.2、1.3)具有另外的用于供应液...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·克里格尔，罗伯特·基尔希爱森，马尔库·兰皮宁，维莱·里斯蒂迈基，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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