CH705180B1 - Method for increasing the efficiency of a drive and efficiency increasing device. - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Effizienzsteigerung (4) eines Antriebs (2) und eine Effizienzsteigerungsvorrichtung (4) eines Antriebs (2) eines Strom- und Wärmeerzeugers (1) offenbart, wobei die Abwärme der Stromerzeugung aus einer primären Abgasleitung (3) mittels Kraft-Wärme-Kopplung nutzbar ist. Nach der Abkühlung des aus dem Antrieb (2) ausgetretenen Abgases der primären Abgasleitung (3) durch mindestens eine Kühlvorrichtung (40) und Zuführung des abgekühlten Abgases in eine Saugleitung (41) wird das Abgas mittels einer Saugvorrichtung (42) aus der Saugleitung (41) gesaugt oder gepumpt. Der kalte Abgasstrom wird unter Energieaufwand durch die Saugvorrichtung (42) mittels Unterdruck abgepumpt, wobei die Effizienzsteigerung des Antriebs (2) grösser ist als der Energieeintrag für die Saugvorrichtung (42).A method for increasing the efficiency (4) of a drive (2) and an efficiency increasing device (4) of a drive (2) of a power and heat generator (1) is disclosed, wherein the waste heat of power generation from a primary exhaust pipe (3) by means of force Heat coupling is available. After the exhaust gas of the primary exhaust gas line (3) has cooled off from the drive (2) by at least one cooling device (40) and the cooled exhaust gas is fed into a suction line (41), the exhaust gas is removed from the suction line (41) by means of a suction device (42) ) sucked or pumped. The cold exhaust gas flow is pumped out by means of negative pressure with the expenditure of energy by the suction device (42), the increase in efficiency of the drive (2) being greater than the energy input for the suction device (42).
Description
Technisches GebietTechnical area
[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Effizienzsteigerung eines Antriebs, wobei mittels einer Saugvorrichtung Abgas des Antriebs mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, sowie eine Effizienzsteigerungsvorrichtung, umfassend eine Saugvorrichtung zum Absaugen von Abgasen eines Antriebs mit einer primären Abgasleitung. The present invention describes a method for increasing the efficiency of a drive, wherein by means of a suction device exhaust gas of the drive is subjected to a negative pressure, and an efficiency increasing device, comprising a suction device for exhausting exhaust gases of a drive with a primary exhaust pipe.
Stand der TechnikState of the art
[0002] Vorrichtungen zur Steigerung der Effizienz und damit des Gesamtwirkungsgrades von Antrieben von Strom- und Wärmeerzeugern, beispielsweise von Blockheizkraftwerken (BHKW), sind wünschenswert. Neben mechanischer Energie, welche in elektrischen Strom umgewandelt wird, wird gleichzeitig Wärme zur Warmwasserbereitung und zur Heizung mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mittels Blockheizkraftwerken gewonnen. Die Optimierung bekannter Antriebe ist ein intensiv bearbeitetes Gebiet und wird in Zukunft zur Einsparung von Brennstoffen an Bedeutung gewinnen. Devices for increasing the efficiency and thus the overall efficiency of drives of electricity and heat generators, such as combined heat and power plants (CHP), are desirable. In addition to mechanical energy, which is converted into electricity, heat is simultaneously obtained for hot water production and for heating by means of combined heat and power (CHP) using combined heat and power plants. The optimization of well-known drives is an intensively processed area and will become more important in the future for saving fuel.
[0003] Einsetzbare Antriebe sind neben Gasturbinen beispielsweise auch verschiedene Verbrennungsmotoren. Während Alternativen zu Verbrennungsmotoren gesucht werden, wird mit Hochdruck an der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren gearbeitet, wodurch steigende Motorenleistungen sowie umweltschonende Motoren geschaffen werden sollen, welche Einsatz als Antrieb von Strom- und Wärmeerzeugern finden sollen. Applicable drives are in addition to gas turbines, for example, various internal combustion engines. While alternatives to internal combustion engines are being sought, work is underway on the further development of internal combustion engines, which is intended to create increasing engine power and environmentally friendly engines that are to be used as propulsion systems for power and heat generators.
[0004] Neben der Schaffung neuer Antriebe ist es oft aus Kostengründen gewünscht, einfache Vorrichtungen zu bauen, welche an bestehende Antriebe ankoppelbar sind, um eine schnelle und kostengünstige Aufrüstung bestehender Strom- und Wärmeerzeuger zu gewährleisten. Da die Schonung der Umwelt mehr und mehr in den Vordergrund gerückt wird, sind Vorrichtungen interessant, welche die Effizienz und damit den Wirkungsgrad erhöhen und damit die zu verbrennende Treibstoffmenge bei gleicher Leistung verringern. Das Ziel ist es, die durch den Antrieb umwandelbare Stromproduktion zu erhöhen und die Wärme des Abgases des Antriebs optimiert zu nutzen, wobei der Bedarf an Primärenergie gleich bleiben oder sogar verringert werden soll. In addition to the creation of new drives, it is often desired for reasons of cost to build simple devices which can be coupled to existing drives to ensure a fast and cost-effective upgrade existing power and heat generator. Since the conservation of the environment is more and more in the foreground, devices are interesting, which increase the efficiency and thus the efficiency and thus reduce the amount of fuel to be burned at the same power. The aim is to increase the power production convertible by the drive and to optimally utilize the heat of the exhaust gas of the drive while maintaining or even reducing the need for primary energy.
[0005] In der DE 1 037 759 wird eine Saugvorrichtung in Form eines den Abgasstrang verschliessenden Rootsgebläses eingesetzt, welches direkt an der primären Abgasleitung möglichst nahe am Zylinderauslass des Motors angeordnet werden muss. Ziel ist es einen Unterdruck direkt in der primären Abgasleitung bei allen Drehzahlen des Antriebs zu erreichen. Es kann anscheinend nicht zwingend gewährleistet werden, dass ein Unterdruck erreicht wird. Das Laufrad des verwendeten Verdrängergebläses muss die primäre Abgasleitung zu jeder Zeit abschliessen. Selbst bei Erfüllung aller geforderten Merkmale ist die erreichbare Effizienzsteigerung noch nicht auf dem gewünschten Niveau, was nicht nur durch Verwendung eines anderen Gebläses verbessert werden konnte. DE 1 037 759 uses a suction device in the form of a Roots blower closing off the exhaust line, which must be arranged directly on the primary exhaust line as close as possible to the cylinder outlet of the engine. The aim is to achieve a vacuum directly in the primary exhaust pipe at all speeds of the drive. It can not necessarily be guaranteed that a negative pressure is reached. The impeller of the positive displacement blower used must close off the primary exhaust pipe at all times. Even if all the required features are met, the achievable increase in efficiency is not yet at the desired level, which could not only be improved by using a different blower.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
[0006] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Effizienzsteigerungsvorrichtung zu schaffen, mit welchem der Wirkungsgrad des Antriebs von Strom- und Wärmeerzeugern insbesondere von stationären BHKW mit einfachen Mitteln deutlich erhöht wird. The present invention has for its object to provide a method and an efficiency increasing device, with which the efficiency of the drive of power and heat generators, especially of stationary CHP is increased significantly with simple means.
[0007] Diese Aufgabe wird durch zwei Schritte gelöst, indem erstens das Abgas aus einer primären Abgasleitung in einer Kühlvorrichtung stark abgekühlt wird, bevor es in eine Saugleitung geführt und dort mittels einer Saugvorrichtung abgesaugt wird, wobei ein Unterdruck in der Saugleitung resultiert, welcher unterhalb des Atmosphärendruckes liegt. This object is achieved by two steps, first by the exhaust gas from a primary exhaust pipe in a cooling device is strongly cooled before it is fed into a suction line and sucked there by means of a suction device, wherein a negative pressure in the suction line results, which below the atmospheric pressure is.
[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe sind keine teuren, komplexen oder elektronischen Bauteile nötig, wodurch der Anreiz zur Anschaffung und Inbetriebnahme der Vorrichtung zur Effizienzsteigerung bekannter Antriebe hoch ist. Da beim Betrieb vieler Antriebe bereits weitere Energieumwandlungsprozesse durchgeführt werden, bei welchen das Abgas zum Teil stark abgekühlt wird, muss lediglich ein Einbau der auf den Antrieb abgestimmten Saugvorrichtung erfolgen. To solve this problem no expensive, complex or electronic components are needed, whereby the incentive to purchase and commissioning of the device to increase the efficiency of known drives is high. Since the operation of many drives already more energy conversion processes are performed in which the exhaust gas is partly strongly cooled, only an installation of the suction device tuned to the drive must be done.
[0009] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann einfach mit bestehenden Antrieben unter anderem in Form von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen verbunden werden und kann aus bekannten industriell gefertigten Produkten zusammengesetzt sein. The inventive device can be easily connected to existing drives, inter alia, in the form of internal combustion engines or gas turbines and can be composed of known industrially manufactured products.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
[0010] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben. <tb>Fig. 1a<SEP>zeigt eine schematische Darstellung eines Strom- und Wärmeerzeugers, umfassend einen Antrieb und eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Effizienzsteigerung, gekoppelt an die primäre Abgasleitung des Antriebs, während <tb>Fig. 1b<SEP>eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen Effizienzsteigerungsvorrichtung mit Druck- und Temperaturangaben der unterschiedlichen Abgasleitungen zeigt. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine weitere Ausführungsform der Effizienzsteigerungsvorrichtung mit einem Abgasnachkühler an einem Antrieb, der einen zusätzlichen Ladeluftkühler aufweist.A preferred embodiment of the subject invention will be described below in conjunction with the accompanying drawings. <Tb> FIG. 1a <SEP> shows a schematic representation of a power and heat generator, comprising a drive and an inventive device for increasing efficiency, coupled to the primary exhaust pipe of the drive while <Tb> FIG. 1b shows a schematic view of the efficiency increasing device according to the invention with pressure and temperature data of the different exhaust gas lines. <Tb> FIG. 2 shows a further embodiment of the efficiency increasing device with an exhaust aftercooler on a drive which has an additional charge air cooler.
Beschreibungdescription
[0011] In Fig. 1a wird ein stationärer Strom- und Wärmeerzeuger 1 in Form eines Blockheizkraftwerks dargestellt, welcher einen Antrieb 2 umfasst, der einen nicht dargestellten Stromerzeuger antreibt. Der hier gezeigte Antrieb 2 in Form eines Kolbenmotors 2 weist einen Turbolader 20 auf, welcher aus einer Turbine und einem Verdichter besteht. Durch das Zuführen von Luft mit erhöhtem Druck wird der Füllungs- oder Liefergrad verbessert und letztlich die Leistung des Verbrennungsmotors 2 durch den Turbolader 20 erhöht. Der Effekt der im Folgenden beschriebenen Effizienzsteigerung ist an einem solchen Antrieb 2 maximal. In Fig. 1a, a stationary power and heat generator 1 is shown in the form of a combined heat and power plant comprising a drive 2, which drives a power generator, not shown. The drive 2 shown here in the form of a piston engine 2 has a turbocharger 20, which consists of a turbine and a compressor. By supplying air at elevated pressure, the degree of filling or delivery is improved, and ultimately the performance of the internal combustion engine 2 is increased by the turbocharger 20. The effect of the efficiency increase described below is maximum on such a drive 2.
[0012] Der Antrieb 2 stösst Abgase in Form eines heissen Gasstromes aus einer primären Abgasleitung 3 aus. Neben der Gewinnung mechanischer Energie, welche in elektrischen Strom umgewandelt wird, ist die Abwärme aus der Stromerzeugung des Antriebs 2 aus der Abgasleitung 3 mittels Kraft-Wärme-Kopplung nutzbar. Der Antrieb 2 kann von einem beliebigen Verbrennungsmotor 2, beispielsweise von Saug-, Kompressor- oder Turbomotor, oder einer Gasturbine gebildet werden, wobei unterschiedliche Brennstoffe wie Öle (Heizöl, Pflanzenöl, Diesel), Gase (Erdgas, Biogas) oder auch Biomasse (Holzschnitzel, Pellets) einsetzbar sind. The drive 2 pushes exhaust gases in the form of a hot gas stream from a primary exhaust pipe 3 from. In addition to the extraction of mechanical energy, which is converted into electricity, the waste heat from the power generation of the drive 2 from the exhaust pipe 3 by means of combined heat and power can be used. The drive 2 can be formed by any internal combustion engine 2, for example by suction, compressor or turbo engine, or a gas turbine, with different fuels such as oils (fuel oil, vegetable oil, diesel), gases (natural gas, biogas) or biomass (wood chips , Pellets) can be used.
[0013] Neben der primären Erzeugung von Strom durch den Antrieb 2 wird die Abwärme des Volumenstroms der heissen Abgase durch die Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 genutzt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung 4 ist insbesondere zur Effizienzsteigerung von statischen Antrieben 2 in Form von Verbrennungsmotoren, Gasturbinen oder Heizkesseln einsetzbar. Es ist aber auch möglich, die Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 in mobilen Strom- und Wärmeerzeugern 1 und deren mobilen Antrieben 2 einzusetzen. In addition to the primary generation of electricity by the drive 2, the waste heat of the volume flow of the hot exhaust gases is used by the efficiency increasing device 4. The inventive device 4 can be used in particular to increase the efficiency of static drives 2 in the form of internal combustion engines, gas turbines or boilers. But it is also possible to use the efficiency increasing device 4 in mobile power and heat generators 1 and their mobile drives 2.
[0014] Die erfindungsgemässe Effizienzsteigerungsvorrichtung 1 wird mit der primären Abgasleitung 3 des Antriebs 2, beispielsweise des Kolbenmotors 2, verbunden und umfasst neben einer Kühlvorrichtung 40 eine Saugleitung 41, eine Saugvorrichtung 42 und einen Auslass 43. The inventive efficiency increasing device 1 is connected to the primary exhaust pipe 3 of the drive 2, for example, the piston motor 2, and includes a cooling device 40, a suction line 41, a suction device 42 and an outlet 43rd
[0015] Aus der primären Abgasleitung 3 kann ein heisser Abgasstrom direkt in die Kühlvorrichtung 40 einströmen. Die hier gezeigte Kühlvorrichtung ist ein Wärmetauscher 40, welcher durch Kühlmittelleitungen 400 fliessendes Kühlmittel betrieben wird. Als Kühlmittel können Luft, Wasser, Öl, Eis oder andere bekannte Kältemittel verwendet werden. Vorteilhaft ist die Ausgestaltung eines Kühlmittelkreislaufes, durch welchen Kühlmittel zum Wärmetauscher 40 hin und von diesem weggeführt wird. Innerhalb der Kühlvorrichtung 40 wird das Volumen des heissen Abgasstromes auf Temperaturen unterhalb von 100°, insbesondere auf Temperaturen kleiner 25 °C abgekühlt. Durch die Kühlung des Abgases nimmt der Volumenstrom des gekühlten Abgases innerhalb der Kühlvorrichtung 40 weiter ab. From the primary exhaust pipe 3, a hot exhaust gas flow can flow directly into the cooling device 40. The cooling device shown here is a heat exchanger 40, which is operated by coolant lines 400 flowing coolant. As a coolant, air, water, oil, ice or other known refrigerants can be used. The design of a coolant circuit through which coolant is led away to and away from the heat exchanger 40 is advantageous. Within the cooling device 40, the volume of the hot exhaust gas stream is cooled to temperatures below 100 °, in particular to temperatures below 25 ° C. By cooling the exhaust gas, the volume flow of the cooled exhaust gas within the cooling device 40 continues to decrease.
[0016] Das Abgas wird bei Nutzung der Abwärme damit deutlich heruntergekühlt und nach Durchgang durch die Kühlvorrichtung 40 in eine direkt anschliessende Saugleitung 41 abgegeben. Eine an die Saugleitung 41 gekoppelte Saugvorrichtung 42 erzeugt einen Unterdruck in der Saugleitung 41 und saugt damit die abgekühlten Abgase durch die Saugleitung 41, die Saugvorrichtung 42 querend bis zu einem Auslass 43 ab, wo das Abgas in die Umgebungsluft abgegeben wird. The exhaust gas is thus significantly cooled down when using the waste heat and discharged after passing through the cooling device 40 in a directly subsequent suction line 41. A coupled to the suction line 41 suction device 42 generates a negative pressure in the suction line 41 and thus sucks the cooled exhaust gases through the suction line 41, the suction device 42 across to an outlet 43, where the exhaust gas is discharged into the ambient air.
[0017] Nachdem der Antrieb 2 bereits Elektrizität erzeugt hat, strömt der heisse Abgasstrom aus der primären Abgasleitung 3 mit primärer Abgastemperatur T1 von 400 °C bis 1000 °C und einem primären Abgasdruck p1 von etwa 1.05 bar und damit mit einem primären Abgasdruck p1 in Höhe einiger Millibar über dem mittleren Luftdruck auf Meereshöhe direkt in die Kühlvorrichtung 40. After the drive 2 has already generated electricity, the hot exhaust gas stream flows from the primary exhaust pipe 3 with primary exhaust gas temperature T1 of 400 ° C to 1000 ° C and a primary exhaust pressure p1 of about 1.05 bar and thus with a primary exhaust pressure p1 in Height of a few millibars above the mean sea level air pressure directly into the cooler 40.
[0018] Beim Abkühlen des heissen Abgasstromes in der Kühlvorrichtung 40 wird ein kalter Abgasstrom mit einer sekundären Abgastemperatur T2 von kleiner 100 °C, insbesondere kleiner 25 °C erzeugt. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen heissem und kaltem Abgasstrom weist der kalte Abgasstrom ein deutlich geringeres Volumen auf, welches in die Saugleitung 41 geleitet wird bzw. in die Saugleitung 41 strömt. When cooling the hot exhaust gas stream in the cooling device 40, a cold exhaust gas stream with a secondary exhaust gas temperature T2 of less than 100 ° C, especially less 25 ° C is generated. Due to the temperature difference between the hot and cold exhaust gas flow, the cold exhaust gas flow has a significantly lower volume, which is passed into the suction line 41 and flows into the suction line 41.
[0019] Die Saugvorrichtung 42 erzeugt in der Saugleitung 41 einen Unterdruck p2, wodurch der kalte Abgasstrom durch die Saugvorrichtung 42 bis zum Auslass 43 gepumpt und dort in die Umgebungsluft mit einem Auslassdruck p3 grösser als der Atmosphärendruck ausgelassen wird. Der von der Saugvorrichtung 42 erzeugte Unterdruck p2 liegt bei etwa 50 hPa bis 900 hPa unterhalb des Druckes p1. Es werden elektrisch betriebene und steuerbare Saugvorrichtungen 42 unter anderem in Form von Gebläsen, insbesondere in Form eines Seitenkanalgebläses bzw. -verdichters oder eines Radialgebläses oder Turboverdichters verwendet. Die Saugvorrichtung 42 muss Gasgemische absaugen und verdichten können, wobei Unterdrücke p2 von einigen zehn bis zu einigen hundert Hektopascal unterhalb des mittleren Atmosphärendruckes angestrebt werden. Die Gebläse zeichnen sich durch ihre Robustheit, Wartungsfreiheit und Umweltfreundlichkeit aus. Obwohl zusätzliche elektrische Energie zum Betrieb der Saugvorrichtung eingesetzt werden muss, ist eine Effizienzsteigerung erreichbar. Um dies zu optimieren, wird die aufgenommene Leistung des Gebläses 42 dem Betriebszustand des Antriebs 2 angepasst. Dies kann beispielsweise mit einer Frequenz-Regelung des Gebläses 42 bewerkstelligt werden. The suction device 42 generates in the suction line 41 a negative pressure p2, whereby the cold exhaust gas flow through the suction device 42 is pumped to the outlet 43 and there discharged into the ambient air with an outlet pressure p3 greater than the atmospheric pressure. The negative pressure p2 generated by the suction device 42 is at about 50 hPa to 900 hPa below the pressure p1. Electrically operated and controllable suction devices 42 are used inter alia in the form of blowers, in particular in the form of a side channel blower or a radial blower or turbocompressor. The suction device 42 must be able to aspirate and compress gas mixtures, with negative pressures p2 of a few tens to a few hundred hectopascals being sought below the mean atmospheric pressure. The blowers are characterized by their robustness, freedom from maintenance and environmental friendliness. Although additional electrical energy must be used to operate the suction device, an increase in efficiency is achievable. In order to optimize this, the recorded power of the blower 42 is adapted to the operating state of the drive 2. This can be done, for example, with a frequency control of the fan 42.
[0020] In Fig. 2 wird ein Blockheizkraftwerk gemäss Fig. 1a gezeigt, wobei ein zusätzlicher Ladeluftkühler 21 des Antriebs 2 vorgesehen ist. Ein zusätzlicher Nachkühler 13 ist ein weiterer Bestandteil der Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 und erlaubt einen weiteren Schritt der Energienutzung des aus dem Auslass 43 entweichenden Abgasstromes. 2, a cogeneration plant according to FIG. 1a is shown, wherein an additional intercooler 21 of the drive 2 is provided. An additional aftercooler 13 is a further component of the efficiency increasing device 4 and allows a further step of the energy utilization of the exhaust gas flow emerging from the outlet 43.
[0021] Die Kühlvorrichtung 40 kann als einfacher Kühler, als mindestens ein Wärmetauscher, als Wärmepumpe oder als Gegenstromwärmetauscher ausgeführt sein. Mit dem Gegenstromwärmetauscher kann mittels Kühlmittel Thermoöl, Wasserdampf oder Luft ein Temperaturniveau bis über 400 °C im Kühlmittel erzeugt werden. Dadurch steht auch einer weiteren thermodynamischen Nutzung nichts im Wege. The cooling device 40 may be designed as a simple cooler, as at least one heat exchanger, as a heat pump or as a countercurrent heat exchanger. With the countercurrent heat exchanger can be generated by means of coolant thermal oil, water vapor or air, a temperature level above 400 ° C in the coolant. As a result, nothing stands in the way of further thermodynamic use.
[0022] Die Kühlvorrichtung 40 kann aus mehreren hintereinander geschalteten Wärmetauschern bestehen, wobei entweder verschiedene Medien erwärmt werden oder aber das gleiche Medium verschiedenen Zwecken zugeführt wird. The cooling device 40 may consist of several series-connected heat exchangers, wherein either different media are heated or the same medium is supplied for different purposes.
[0023] Nutzt eine Wärmepumpe alle anfallende Niedertemperaturabwärme des Antriebs 2, z.B. den temperaturmässig anderweitig schlecht nutzbaren Anteil der Abwärme der Kühlvorrichtung 40, eines Ladeluftkühlers 21, der Motorblockabstrahlung sowie der Abwärme der Rückkompression an einem Abgasnachkühler 13 als zusätzlicher Wärmetauscher, wie in Fig. 2 dargestellt, kann nicht nur auf eine aufwändige Erd- oder Umgebungswärme-Beschaffung (Tiefenbohrung, Erdregister, Luftwärmetauscher) verzichtet werden, sondern sowohl die Arbeitszahl der Wärmepumpe als auch der Wärme- und Gesamtwirkungsgrad des Antriebs 2 nochmals erhöht werden. If a heat pump uses all the low-temperature waste heat of the drive 2, e.g. the temperature moderately otherwise usable portion of the waste heat of the cooling device 40, a charge air cooler 21, the engine block radiation and the waste heat of the recompression of an exhaust aftercooler 13 as an additional heat exchanger, as shown in Fig. 2, not only on a complex geothermal or ambient heat procurement (Deep hole, earth register, air heat exchanger) are omitted, but both the number of work of the heat pump and the heat and overall efficiency of the drive 2 can be increased again.
[0024] Es ist auch möglich, die erfindungsgemässe Vorrichtung 4 bzw. deren Kühlvorrichtung 40 mit einer thermisch angetriebenen Kältemaschine zu verbinden, sodass wahlweise Nutzkälte erzeugt werden kann oder die erzeugte Kälte zur weiteren Kühlung der Kühlvorrichtung 40 eingesetzt wird, wodurch die Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung weiter gesteigert wird. Dieser wahlweise Nutzen ist besonders geeignet für Biogasanlagen oder Kühltransport-Fahrzeuge, wo der Antrieb 2 in Form eines Verbrennungsmotors unabhängig des Wärmebedarfs und auch des Kältebedarfs laufen muss, und wahlweise die Kälteerzeugung oder die gesteigerte mechanische Effizienz erwünscht ist. It is also possible to connect the device 4 according to the invention or its cooling device 40 with a thermally driven chiller, so that either useful cold can be generated or the generated cold is used for further cooling of the cooling device 40, whereby the effect of the inventive device is further increased. This optional benefit is particularly suitable for biogas plants or refrigerated transport vehicles, where the drive 2 must run in the form of an internal combustion engine regardless of the heat demand and the refrigeration demand, and optionally the cooling or the increased mechanical efficiency is desired.
[0025] Bei den Versuchen wurden Temperaturverhältnisse der primären Abgastemperatur T1 zur sekundären Abgastemperatur T2 (T1/T2) zwischen 10/1 und 40/1 erreicht. Dabei mussten die eingesetzten Kühlvorrichtungen 40 das Abgas entsprechend von den primären Abgastemperaturen T1 zwischen etwa 1000 °C auf die abgekühlten sekundären Abgastemperaturen T2 zwischen 0 °C und 100 °C vor dem Absaugen kühlen können. In the experiments, temperature ratios of the primary exhaust gas temperature T1 to the secondary exhaust gas temperature T2 (T1 / T2) between 10/1 and 40/1 were reached. In this case, the used cooling devices 40 had to be able to cool the exhaust gas correspondingly from the primary exhaust gas temperatures T1 between about 1000 ° C to the cooled secondary exhaust gas temperatures T2 between 0 ° C and 100 ° C before sucking off.
[0026] Die erreichbare Effizienzsteigerung des Antriebs 2 ist grösser als der Energieeintrag für die Saugvorrichtung 42. Es können Wirkungsgradsteigerungen von 5% bis 20% durch den Betrieb der erfindungsgemässen Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 erreicht werden, wobei die grösste Steigerung bei mit Turboladern versehenen Verbrennungsmotoren 2 erreichbar ist. The achievable increase in efficiency of the drive 2 is greater than the energy input for the suction device 42. Efficiency increases of 5% to 20% can be achieved by the operation of the efficiency increasing device 4 according to the invention, wherein the greatest increase in turbocharged combustion engines 2 can be achieved ,
[0027] Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 an stationär betriebenen Gasmotoren 2. Versuche mit einem 83-kWe-Turbomotor 2 und der damit an der primären Abgasleitung 3 gekoppelten Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 bei nur 70 hPa Saug-Unterdruck haben auf einem Prüfstand einen verringerten Treibstoffverbrauch bei gleicher Leistung von 7.5% gezeigt. Mit kWe wird hier die elektrische Einspeiseleistung des Antriebs 2 quantifiziert. Experiments with a 83 kWe turbo engine 2 and thus coupled to the primary exhaust pipe 3 efficiency increasing device 4 at only 70 hPa suction negative pressure have a reduced on a test bed Fuel consumption at the same power of 7.5% shown. With kWe, the electrical feed-in power of drive 2 is quantified here.
[0028] Da stationäre Gasmotoren dauerhaft im Betrieb sind, reicht eine solche erreichbare Treibstoffeinsparung oder Mehrleistung bei gleichem Verbrauch aus, um die Anschaffungskosten der Effizienzsteigerungsvorrichtung 4 bereits in deutlich weniger als einem Jahr Betrieb zu amortisieren. Since stationary gas engines are permanently in operation, such achievable fuel savings or more power at the same consumption sufficient to amortize the cost of the efficiency increasing device 4 already in significantly less than a year of operation.
[0029] Es wurde bei den Versuchen ein Seitenkanalgebläse «Dutair» mit 4.5 kWe maximaler Antriebsleistung eingesetzt, welches mit einem Frequenzumformer geregelt war. Bei einem Massenstrom von 590 kg/h und einer sekundären Abgastemperatur T2 von 17 °C bei einer Umgebungstemperatur von 23.5 °C, gekühlt durch eine Heizwärmepumpe 40, wurde ein Unterdruck p2 von 70 bis 80 hPa erzeugt. It was used in the experiments a side channel blower «Dutair» with 4.5 kWe maximum drive power, which was controlled by a frequency converter. At a mass flow of 590 kg / h and a secondary exhaust gas temperature T2 of 17 ° C at an ambient temperature of 23.5 ° C, cooled by a heat pump 40, a negative pressure p2 of 70 to 80 hPa was generated.
[0030] Bei einer zusätzlichen Einspeiseleistung von 9 kWe (+ 11%) wurde eine Stromaufnahme der Saugvorrichtung von 4.5 kWe gemessen. Der Netto-Nutzen betrug demnach 4.5 kWe (+ 5.4%). Untersuchungen zeigen aber, dass der Netto-Nutzen bei höheren Unterdrücken p2 von mehreren Hundert hPa noch deutlich gesteigert wird. With an additional feed power of 9 kWe (+ 11%), a power consumption of the suction device of 4.5 kWe was measured. The net benefit was 4.5 kWe (+ 5.4%). Investigations show, however, that the net benefit is significantly increased at higher suppression p2 of several hundred hPa.
[0031] Allerdings muss dann der bestehende Antrieb 2 deutlich modifiziert werden, insbesondere der Abgasturbolader grösser ausgelegt werden. However, then the existing drive 2 must be significantly modified, especially the exhaust gas turbocharger be designed larger.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
[0032] <tb>1<SEP>Strom- und Wärmeerzeuger (stationäres BHKW) <tb>2<SEP>Antrieb <tb><SEP>20 Turbolader <tb><SEP>21 Ladeluftkühler <tb>3<SEP>Abgasleitung (primär) <tb>4<SEP>Effizienzsteigerungsvorrichtung <tb><SEP>40 Kühlvorrichtung (z.B. Wärmetauscher/Kühler) <tb><SEP><SEP>400 Kühlmittelleitung <tb><SEP>41 Saugleitung <tb><SEP>42 Saugvorrichtung <tb><SEP>43 Auslass <tb>13<SEP><SEP>Abgasnachkühler <tb><SEP><SEP> <tb>p1<SEP>primärer Abgasdruck (über Atmosphärendruck) <tb>T1<SEP>primäre Abgastemperatur <tb>p2<SEP>Unterdruck <tb>T2<SEP>sekundäre Abgastemperatur <tb>p3<SEP>Auslassdruck (über Atmosphärendruck)[0032] <tb> 1 <SEP> Electricity and heat generator (stationary CHP) <Tb> 2 <September> Drive <tb> <SEP> 20 turbochargers <tb> <SEP> 21 Intercooler <tb> 3 <SEP> Exhaust pipe (primary) <Tb> 4 <September> increased efficiency device <tb> <SEP> 40 Cooling device (e.g., heat exchanger / radiator) <tb> <SEP> <SEP> 400 Coolant line <tb> <SEP> 41 Suction line <tb> <SEP> 42 suction device <tb> <SEP> 43 outlet <Tb> 13 <September> <September> Abgasnachkühler <Tb> <September> <September> <tb> p1 <SEP> primary exhaust pressure (above atmospheric pressure) <tb> T1 <SEP> primary exhaust gas temperature <Tb> p2 <September> vacuum <tb> T2 <SEP> secondary exhaust gas temperature <tb> p3 <SEP> outlet pressure (above atmospheric pressure)
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