DE10043547A1 - Energie-Kompakt-Anlage - Google Patents

Energie-Kompakt-Anlage

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DE10043547A1
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Schako Metallwarenfabrik Ferdinand Schad KG
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    • F02G5/02Profiting from waste heat of exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Bei einer Energie-Kompakt-Anlage mit zumindest einem Antriebsaggregat (2), dem wenigstens ein Generator (5) zugeordnet ist, wobei das Antriebsaggregat (2) zur Nutzung seiner Abwärme in einem Gehäuse (1) angeordnet und ihm eine Wärmetauschereinrichtung (11.1, 11.2) zugeordnet ist, soll die Wärmetauschereinrichtung (11.1, 11.2) mit einer Heizung (23) zur Erzeugung von Dampf verbunden sein, der über eine Turbine (27) einen Generator (28) zur Stromerzeugung antreiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Kompakt- Anlage mit zumindest einem Antriebsaggregat, dem wenigstens ein Generator zugeordnet ist, wobei das Antriebsaggregat zur Nutzung seiner Abwärme in einem Gehäuse angeordnet und ihm eine Wärmetauschereinrichtung zugeordnet ist.
Derartige Antriebsaggregate sind in vielfältigster Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und gebräuchlich. Sie dienen in erster Linie zum Erzeugen von Energie, insbesondere Strom. Sie zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, dass sie flexibel und unabhängig einzusetzen sind.
Nachteilig an derartigen Geräten ist, dass herkömmliche Antriebsaggregate einen hohen Energieverlust aufweisen, da sie ungenutzte Wärme abgeben. Ferner sind sie nicht geeignet, um einen Haushalt vollständig mit allen erforderlichen Energien in unterschiedlicher Form wie bspw. Strom, Wärme etc. zu versorgen.
Aus der DE 198 29 192 A1 ist bspw. eine Energie-Kompakt- Anlage der oben genannten Art bekannt, bei der Abwärme des Antriebsaggregates bereits zum grossen Teil genutzt wird. Diesen sogenannten Blockheizkraftwerke, gleich welcher Grösse - auch kleine Exemplare für Familienhäuser - gehört die Zukunft. Durch die dezentrale direkte Anwendung beim Verbraucher werden durch die Blockheizkraftwerke hohe Leistungsverluste, wie sie bei Grosskraftwerken entstehen, vermieden. Bei Grosskraftwerken beträgt die effektive Leistung maximal 40%, bei den Blockheizkraftwerken über 80%. Dies bedeutet eine Verdoppelung der Leistung bzw. entsprechende Halbierung der Umweltbelastung.
Die Blockheizkraftwerke arbeiten in der Regel mit dem doppelten Nutzen. Sie erzeugen zum einen Strom, zum anderen wird Wärme für die Beheizung von Gebäuden abgegeben. In vielen Fällen ist die Wärmeerzeugung von diesen Blockheizkraftwerken wesentlich höher als die Stromerzeugung. Hierdurch entsteht ein Überschuss an Wärme, welcher nicht gebraucht wird. Die Energie-Kompakt-Anlage nach der DE 198 29 192 A1 nutzt diese Abwärme bereits in hervorragendem Masse.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Energie-Kompakt-Anlage nochmals zu verbessern und sie noch effizienter auszugestalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Wärmetauschereinrichtung mit einer Heizung zur Erzeugung von Dampf verbunden ist, der über eine Turbine einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.
Die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser, welches schon bisher durch die Wärmetauschereinrichtung in dem Blockheizkraftwerk auf eine Temperatur von 80° bis 90°C erhitzt wurde, wird erfindungsgemäss einer Heizung zugeleitet. In der Heizung erfolgt eine Aufheizung des Wassers bzw. der Flüssigkeit auf Dampftemperatur, wobei nur eine sehr geringe Menge an Energie notwendig ist, um bspw. bereits auf 80° bis 90°C aufgeheiztes Wasser auf über 100°C zu erwärmen. Im Blockheizkraftwerk selbst erfolgt somit die hauptsächliche Erwärmung des Wassers bspw. von 10°C auf 80°C. Die Zusatzheizung übernimmt dann lediglich noch die Erwärmung des Wassers auf Dampftemperatur.
Der Dampf treibt die Turbine und diese den Generator an, wodurch Strom erzeugt wird. Der restliche Dampf bzw. das Kondensat gelangt dann wieder zurück in den Kreislauf zum Blockheizkraftwerk.
Damit arbeitet die gesamte Anlage noch wesentlich effektiver und kosten- und energiesparender. Es wird nur noch ein relativ kleiner Prozentsatz an Abwärme für die Heizung abgegeben.
An warmen Tagen, an denen keine Heizung benötigt wird, wird häufig gewünscht, dass die von der Wärmetauschereinrichtung übernommene Wärme abgeführt wird. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäss der Zusatzheizung ein Wärmetauscher zugeordnet, durch den das in der Wärmetauschereinrichtung aufgeheizte Medium geführt werden kann. In dem Wärmetauscher soll das Medium heruntergekühlt werden, was bspw. durch einen Ventilator geschehen kann, aber auch dadurch, dass der Wärmetauscher in einer Zisterne od. dgl. angeordnet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele so wie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1 eine schematische, blockschaltbildliche Darstellung einer erfindungsgemässen Anlage zum Erzeugen von Energie;
Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene blockschaltbildliche Seitenansicht A der Anlage gemäss Fig. 1.
Gemäss Fig. 1 weist eine erfindungsgemässe Anlage R zum Erzeugen von Energie, insbesondere Energie-Konpakt-Anlage, ein Gehäuse 1 auf, welches vorzugsweise schall- und wärmeisolierend ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Gehäuse 1 luftundurchlässig ausgebildet.
In etwa mittig in dem Gehäuse 1 ist ein Antriebsaggregat 2 vorgesehen, welches über eine hier gestrichelt angedeutete Verbindungsleitung 3 mit einem Energiereservoir 4 in Verbindung steht. Im vorliegendem Ausführungsbeispiel ist das Energiereservoir 4 extern zum Gehäuse 1 angeordnet. Es soll jedoch auch daran gedacht sein, das Energiereservoir 4 in das Gehäuse 1 zu integrieren. Es liefert das notwendige Energiemittel für das Antriebsaggregat 2. Hierbei ist an Benzin, Diesel, Rapsöl, Bioöl, aus unterschiedlichen Pflanzen, oder sonstigen Biostoffen gedacht.
Das Antriebsaggregat 2 ist mit einem Generator 5 verbunden. Dieser Generator 5 steht mit einer Steuereinrichtung 6 in Verbindung, welche über hier nur angedeutete Leitungen 7.1, 7.2 die Verteilung und Regelung des Stromes vornimmt. Die Leitung 7.1 führt zu beliebigen Lastabnehmern bspw. zu einem Stromkreis eines Hauses.
Wird nur geringe Last bspw. in der Nacht erfordert, so schaltet die Steuerungseinrichtung 6 auf Energiespeicher um, welche im Gehäuse 1 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Energiespeicher 8 nahe eines Gehäusebodens 9 angeordnet und werden über eine Trennwand 10 abgeschottet.
Die Anlage R liefert bspw. nachts, ohne das der Generator 5 und damit auch das Antriebsaggregat 2 betrieben werden müssen, permanent Energie aus dem Energiespeicher 8. Die Steuereinrichtung 6 übernimmt die hierzu notwendige Steuerung und Regelung. Fällt ein bestimmtes Spannungspotential der Energiespeicher 8 ab, so wird automatisch über die Steuereinrichtung 6 das Antriebsaggregat 2 eingeschaltet und lädt die Energiespeicher 8 auf. Gleichzeitig liefert bei höheren Lasten der Generator 5 genügend Strom, um alle Lastabnehmer bspw. eines Einfamilienhauses ausreichend mit Energie zu versorgen.
Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass die Abwärme des Antriebsaggregates 2 genutzt wird. Durch das wärmeisolierte Gehäuse 1 wird im Inneren eine hohe Wärme erzeugt. Diese Wärme wird über Wärmetauschereinrichtungen 11.1, 11.2 genutzt.
Die Wärmetauschereinrichtung 11.1 ist vorzugsweise als luft- und abgasdurchlässiges Register ausgebildet. Dieses ist bevorzugt oberhalb des Antriebsaggregates 2 angeordnet, durch welches die erwärmte Luft im Gehäuse 1 nach aussen austreten kann.
Der Wärmetauschereinrichtung 11.1 ist nach aussen hin ein Abluftaufnahmeelement 12 zugeordnet. Das Abluftaufnahme­ element 12 führt unmittelbar in das Freie und gibt die Wärme bzw. Abluft des Antriebsaggregates 2 über einen Abluftkanal 13 ab. Frischluft wird über einen dem Gehäuse 1 zugeordneten Einlass 19 zugeführt. Dies kann auch vorgewärmte Raumluft sein.
Die Wärmetauschereinrichtung 11.1 steht über Wärmeleitungen 14.1, 14.2 mit zumindest einem Abnehmer 15.1, 15.2 in Verbindung. Die Abnehmer 15.1, 15.2 können bspw. Boiler für Brauchswasser oder Boiler für einen Heizkreislauf, wie es hier angedeutet ist, sein. Zusätzlich können in den Boilern elektrische Heizelemente 16.1, 16.2 vorgesehen sein, welche über die Energiespeicher 8 oder direkt über den Generator 5 betreibbar sind. Entsprechende regelbare und hier nicht näher bezifferte Ventile und Pumpen regeln den Volummenstrom zu den Abnehmern 15.1, 15.2.
Ein weiterer Wärmetauscher 11.2 ist vorzugsweise seitlich in dem Gehäuse 1 vorgesehen. Dieser dient im wesentlichen, wie es insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist, zum Erwärmen von Luft, wobei die Luft durch einen Einlassstutzen 16 in das Gehäuse 1 einströmt, durch die Wärmetauschereinrichtung 11.2 im Gleichstrom oder Gegenstromverfahren weitertransportiert und über einen Auslassstutzen 17 einem Belüftungssystem 18 zugeführt wird. Der Auslassstutzen 17 kann bspw. direkt in einen Raum einmünden. Über das Belüftungssystem 18 können einzelne Räume, welche daran angeschlossen sind, regelbar beheizt werden.
Erfindungsgemäss schliessen an die Wärmeleitungen 14.1 und 14.2 über entsprechende Ventile 22.1 und 22.2 zwei Zweigleitungen 23.1 und 23.2 an. Die Zweigleitung 23.1 führt zu einer Heizung 23, in der sich eine elektrische Heizung 24 befindet. Ferner kann die Heizung 23 noch von einem Öl-/Gas-Brenner 25 betrieben werden.
Aus der Heizung 23 führt eine Dampfleitung 26 zu einer Turbine 27, an die ein Generator 28 anschliesst. Vom Generator 28 führen Netzeinspeisungseinleitungen 29.1 und 29.2 weg.
An die Turbine 27 schliesst die Zweigleitung 23.2 an.
Zwischen das Ventil 22.1 und Heizung 23 sowie zwischen das Ventil 22.2 und die Turbine 27 ist jeweils ein weiteres Ventil 30.1 bzw. 30.2 eingeschaltet. Durch diese Ventile 30.1 und 30.2 kann Wasser zu einem Wärmetauscher 31 abgezweigt werden, der einem Ventilator 32 zugeordnet ist.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Durch die Wärmetauschereinrichtung 11.1 hat das Wasser eine Temperatur von etwa 80° bis 90°C. Dieses Wasser wird über die Zweigleitung 23.1 in die Heizung 23 eingespeist. Hier braucht es nicht mehr viel Energie, um das Wasser auf über 100°C zu erwärmen, wodurch Dampf entsteht. Mit diesem Dampf kann die Turbine 27 und damit auch der Generator 28 angetrieben werden. Übriger Dampf bzw. Kondensat gelangen über die Zweigleitung 23.2 zurück in die Wärmeleitung 14.2 und damit in den Kreislauf des gesamten Aggregats.
Soll an warmen Tagen, an denen keine Heizung benötigt wird, der Anlage R Wärme entzogen werden, so geschieht dies durch Ableitung des warmen Wassers über das Ventil 30.1 in den Wärmetauscher 31. Diesem Wärmetauscher 31 ist der Ventilator 32 zugeordnet, der den Wärmetauscher 31 kühlt. Das gekühlte Wasser kann dann über das Ventil 30.2 wieder in die Zweigleitung 23.2 und zurück zur Anlage R gelangen.
Positionszahlenliste
1
Gehäuse
2
Antriebsaggregat
3
Verbindungs­ leitung
4
Energiereser­ voir
5
Generator
6
Steuereinrich­ tung
7
Leitung
8
Energiespeicher
9
Gehäuseboden
10
Trennwand
11
Wärmetauschein­ richtung
12
Abluftaufnahme­ element
13
Abluftkanal
14
Wärmeleitung
15
Abnehmer
16
Einlassstutzen
17
Auslassstutzen
18
Belüftungs­ system
19
Einlass
20
Einlassstutzen
21
-
22
Ventil
23
Zweigleitung/­ Heizung
24
elektrische Heizung
25
Brenner
26
Dampfleitung
27
Turbine
28
Generator
29
Netzeinspeisung
30
Ventil
31
Wärmetauscher
32
Ventilator
R Anlage

Claims (4)

1. Energie-Kompakt-Anlage mit zumindest einem Antriebsaggregat (2), dem wenigstens ein Generator (5) zugeordnet ist, wobei das Antriebsaggregat (2) zur Nutzung seiner Abwärme in einem Gehäuse (1) angeordnet und ihm eine Wärmetauschereinrichtung (11.1, 11.2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung (11.1, 11.2) mit einer Heizung (23) zur Erzeugung von Dampf verbunden ist, der über eine Turbine (27) einen Generator (28) zur Stromerzeugung antreibt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizung (23) eine elektrische Heizung (24) und/oder ein Öl- /Gas-Brenner (25) zugeordnet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zu- bzw. Ableitung (23.1, 23.2) zur Heizung (23) bzw. von der Turbine (27) Ventile (30.1, 30.2) eingeschaltet sind, welche mit einem Wärmetauscher (31) in Verbindung stehen.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (31) ein Ventilator (32) zugeordnet ist.
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