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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines im Wesentlichen
ruß- und/oder schadstoffarm verbrennenden Treibstoffs zur
Energiegewinnung mittels Verbrennen des Treibstoffs, insbesondere
zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, eines Brenners und
dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
Erfindung betrifft weiter einen Treibstoff, der im Wesentlichen
ruß- und/oder schadstoffarm verbrennbar ist, zur Energiegewinnung
mittels Verbrennen des Treibstoffs, insbesondere zum Betreiben einer
Verbrennungskraftmaschine, eines Brenners und dergleichen, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Treibstoffaufbereitungseinrichtung zum
Aufbereiten von zur Herstellung eines im Wesentlichen ruß-
und/oder schadstoffarm verbrennbaren Treibstoffs erforderlichen
Komponenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Außerdem
betrifft die Erfindung eine Krümmereinrichtung zum Ableiten
eines bei der Verbrennung eines Treibstoffes entstehenden Abgases,
insbesondere eines bei der Verbrennung des Treibstoffes nach Anspruch
9, insbesondere zur Kopplung an eine Verbrennungskraftmaschine,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 21.
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Zudem
betrifft die Erfindung eine Generatoreinrichtung zur Erzeugung von
elektrischer Energie aus einer mechanischen Energie nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 34.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie
mittels Verbrennung eines Treibstoffs, insbesondere eines Treibstoffs nach
Anspruch 9, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 41.
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Auch
betrifft die Erfindung ein Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von
elektrischem Storm und Wärmeenergie nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 52.
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Nicht
zuletzt betrifft die Erfindung eine Heizanlage, insbesondere zum
Vor-Ort-Heizen von Wohnungen, Gebäuden und dergleichen,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 69.
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Aus
dem Stand der Technik sind allgemein Blockheizkraftwerke und Treibstoffe
für Blockheizkraftwerke bekannt. Blockheizkraftwerke nach
dem Stand der Technik bestehen aus einem Verbrennungsmotor, normalerweise
einem Dieselmotor, der über ein Getriebe, Riemen, Zahnräder
oder andere Kupplungen mit einem Generator verbunden ist, der die
kinetische Energie des Motors in elektrische Energie umwandelt und
der mit geeigneten Treibstoffen, zum Beispiel Diesel, betrieben
wird. Die Motorwärme und die Abgaswärme werden über
Wärmetauscher in einen Wärmespeicher abgeführt,
wo sie für den Wärmenutzer verfügbar
oder zur Verfügung abrufbar gespeichert werden. Bei derartigen
Blockheizkraftwerken wird die Wärme der bei einer Verbrennung
entstehenden Auspuffgase nachgeschaltet zu einem Krümmer über
ein entsprechendes Abgasrohr in einen Wärmetauscher, wie
zum Beispiel einen Rohrbündelwärmetauscher, geleitet,
wo die Wärme des Abgases auf ein Wasser-Ethylenglykol-Gemisch übertragen
wird und dem Wärmespeicher zugeführt wird.
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Nachteilig
an derartigen Blockheizkraftwerken ist, dass entsprechende Rohrsysteme
bis zu einem Wärmetauscher Wärme größeren
Ausmaßes abstrahlen, die als Dissipationswärme
nicht mehr genutzt werden kann. Zudem wird ein mit dem Abgas mitgeleiteter
Abgasschall ungedämmt an eine Umgebung abgegeben. Die Abgabe
findet nahe der Quelle, nämlich am Motor statt, sodass
die Abgabe mengenmäßig groß ist. Nachgeschaltet
zu dem Wärmetauscher werden die Abgase mit einer einfach
aufgebauten Schalldämmung mit Komponenten aus dem automobilen
Bereich gedämmt, wobei trotz der Dämmung der abgegebene
Schall nicht die Anforderungen an Schallpegel in Wohngebieten, insbesondere
bei Nacht erfüllt, sodass derartige Blockheizkraftwerke nicht
für den Einsatz in Wohngebieten geeignet sind.
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Aus
der
DE 196 23 107
C1 ist ein derartiges Blockheizkraftwerk bekannt. Das in
der
DE 196 23 107
C1 beschriebene Blockheizkraftwerk zeigt eine Lösung
bezüglich der Aufhängung des Krümmers
an einem Motor, wobei aber eine Lösung zur Reduzierung
von Wärmeverlusten über die Rohre und zur Schallreduzierung
nicht aufgezeigt wird. Weiter werden bei derartigen Blockheizkraftwerken
wassergekühlte Generatoren verwendet, wobei das Wasser, welches
als Kühlmittel eingesetzt wird, nur die Außenfläche
des Generators umspült, wodurch der Generator nicht optimal
gekühlt ist und so nur mit einem verminderten Wirkungsgrad
betreibbar ist.
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Zudem
werden Blockheizkraftwerke gemäß dem Stand der
Technik meist mit Gas, Diesel oder Pflanzenölen betrieben,
wobei bei der Verbrennung derartiger Treibstoffe erhebliche Mengen
an Ruß und Stickoxyden anfallen, sodass diese modernen
Richtlinien, insbesondere in Bezug auf den Umweltschutz, nicht entsprechen.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung eines geeigneten, im Wesentlichen rußfrei
verbrennenden Treibstoffs zu schaffen.
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Weiter
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Treibstoffaufbereitungseinrichtung, eine
Krümmereinrichtung und eine Generatoreinrichtung zu schaffen,
welche eine Optimierung von Blockheizkraftwerken und dergleichen
ermöglichen.
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Zudem
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung, ein Blockheizkraftwerk
und eine Heizanlage zu schaffen, welche einen optimierten Wirkungsgrad
aufweisen und die geringere Umweltbelastungen realisieren.
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Diese
und weitere Aufgaben werden ausgehend von einem Verfahren nach Anspruch
1, einem Treibstoff nach Anspruch 9, einer Treibstoffaufbereitungseinrichtung
nach Anspruch 10, einer Krümmereinrichtung nach Anspruch
21, einer Generatoreinrichtung nach Anspruch 34, einer Vorrichtung
nach Anspruch 41, einem Blockheizkraftwerk nach Anspruch 52 und
einer Heizanlage nach Anspruch 69 in Verbindung mit deren Merkmalen
gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben oder werden nachstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung
der Figuren angegeben.
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Die
technische Lehre der Erfindung sieht vor, dass bei einem Verfahren
zur Herstellung eines im Wesentlichen ruß- und/oder schadstoffarm
oder ruß- und/oder schadstofffrei verbrennenden Treibstoffs zur
Energiegewinnung mittels Verbrennen des Treibstoffs, insbesondere
zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, eines Brenners und
dergleichen, umfassend die Schritte: Zuführen mindestens einer
hydrophoben Komponente umfassend eine Treibstoffbasis, Zuführen
mindestens einer hydrophilen Komponente umfassend ein Tensid, Zuführen mindestens
einer wässrigen Komponente umfassend Wasser und Bilden
einer Emulsion aus den zugeführten Komponenten, welche
den schadstoffarm verbrennenden Treibstoff bildet, vorgesehen ist,
dass das Bilden der Emulsion den Schritt umfasst: makromolekulares
Umstrukturieren der Struktur der Emulsion, sodass eine zumindest
kurzfristig stabile, verbrennungsfähige Emulsion erzeugt
wird. Die Emulsion stellt im Gegensatz zu einer Mikroemulsion eine flüssige
Dispersion der Komponenten dar. Die Herstellung der Emulsion ist
durch Scherkräfte und Grenzflächenspannungen im
Bereich von etwa 1–10 mN/m charakterisiert. Eine Mikroemulsion
bildet sich spontan aus den Komponenten und leichtem Rühren und
stellt eine nanostrukturierte Mischung dar, in den zum Beispiel
ein Wasser-Öl-Kontakt optimal abgeschirmt ist, mit Grenzflächenspannungen
im Bereich von 10–4 bis 10–1 mN/m. Die hydrophoben Komponenten
umfassend mindestens eine Treibstoffbasis umfassend Öle
wie Diesel, Biodiesel, Benzin, Super, Kerosin und/oder Heizöl
sowie deren Gemische. Weiter umfasst sind, pflanzliche Öle
oder deren Derivate wie Rapsölmethylester, Biodiesel und
dergleichen.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
dass das Umstrukturieren mittels Anregung von auf die Emulsion wirkenden Kräften
durchgeführt wird, um so eine Scherungen in der Struktur
der Emulsion zu bewirken. Durch die Scherung wird eine zumindest
kurzfristig, bevorzugt mittel- und/oder langfristig stabile Emulsion
aus den Komponenten erzeugt. Dies reicht aus, um die Emulsion in
einen Verbrennungsraum zu fördern und dort zu verbrennen.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass das Anregen mittels Mischen der Emulsion mit
mindestens einem Statikmischer durchgeführt wird.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass das Mischen wiederholt durchgeführt
wird, bevor die Emulsion dem Verbrennungsraum zugeführt
wird, um dort verbrannt zu werden, sodass die Emulsion durch wiederholte
Umstrukturierung stabil gehalten wird. Dadurch, dass die Emulsion
nicht grundsätzlich dauerhaft stabil ist, kann ein wiederholtes
Mischen erforderlich sein. Hierdurch wird die Emulsion quasistabil gehalten.
Das Mischen kann permanent oder diskret erfolgen.
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In
wieder eine anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass das Zuführen der hydrophoben Komponente
ein dosiertes Zuführen der hydrophoben Komponente mit einem Gesamtanteil
von etwa <= 80
Vol.% der hergestellten Emulsion, bevorzugt <= etwa 75%, weiter bevorzugt <= 70% und am meisten
bevorzugt <= 67%
umfasst. Der Anteil der Treibstoffbasis lässt sich somit
gegenüber dem Anteil bei herkömmlichen Treibstoffen
reduzieren, sodass eine schadstoffarme und rußarme Verbrennung
mit weniger Treibstoffbasis ermöglicht ist.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass das Zuführen der hydrophilen Komponente,
wie etwa einem Tensid, ein dosiertes Zuführen des Tensids
mit einem Anteil in Bezug auf den Gesamtanteil der Emulsion von etwa <= 10 Vol.% der hergestellten
Emulsion, bevorzugt <=
etwa 7%, weiter bevorzugt <=
5% und am meisten bevorzugt <=
3% umfasst. Der Anteil an Tensiden an der fertigen Emulsion ist
somit ebenfalls reduziert, sodass der Aufwand zur Herstellung der Emulsion
verbessert ist. Es können mehrere unterschiedliche Tenside
zugeführt werden.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass das Zuführen der wässrigen Komponente,
wie beispielsweise Wasser, ein dosiertes Zuführen mit einem
Anteil von etwa >= 10
Vol.% der hergestellten Emulsion, bevorzugt >= etwa 20%, weiter bevorzugt >= 25% und am meisten bevorzugt >= 30% umfasst. Der
Wasseranteil lässt sich mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhöhen, sodass ein optimal verbrennender Treibstoff
mit einem hohen Wasseranteil realisierbar ist. Das Zuführen
kann bei Normaldruck erfolgen. Die für das Zuführen
und Bilden erforderlichen Temperaturen liegen bevorzugt in einem
Bereich von –20°C bis +80°C, weiter bevorzugt
in einem Bereich von –10°C bis +70°C
und am meisten bevorzugt in einem Bereich von +20°C bis
+40°C. Bevorzugt werden die Komponenten parallel zugeführt,
das heißt im Wesentlichen zeitgleich. Die Zuführung
kann separat erfolgen, das heißt, die Komponenten können
in separaten Leitungen zugeführt werden. Komponenten können
auch vorgemischt zugeführt werden. Bevorzugt wird die wässrige
Komponente stets separat zugeführt.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass weiter ein Additiv zugeführt wird, ausgewählt
aus der Gruppe umfassend Inhibitoren und Antioxidantien. Es können
auch mehrere unterschiedliche Additive vorgesehen sein. Die Inhibitoren
bzw. Antioxidantien verhindern eine vorzeitige Zerstörung
oder einen vorzeitigen Zerfall der Treibstoffe oder ihrer Bestandteile.
Auf diese Weise wird die Stabilität der Emulsion länger
aufrecht gehalten.
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Die
technische Lehre der Erfindung sieht weiter vor, dass ein Treibstoff,
der im Wesentlichen ruß- und/oder schadstoffarm verbrennbar
ist, zur Energiegewinnung mittels Verbrennen des Treibstoffs, insbesondere
zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, eines Brenners und
dergleichen, nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt ist. Mit dem Treibstoff, der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist, lässt sich die Vorrichtung oder
das Blockheizkraftwerk optimal betreiben. Zur effektiven Nutzung
der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtungen, Vorrichtungen,
Blockheizkraftwerke, Heizanlagen und dergleichen ist als Treibstoff
der erfindungsgemäße Treibstoff vorgesehen. Zwar
lassen sich auch andere Treibstoffe verwenden, jedoch würden
diese keine optimale Nutzung ermöglichen.
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Die
technische Lehre der Erfindung sieht weiter vor, dass bei einer
Treibstoffaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten von zur Herstellung
eines im Wesentlichen ruß- und/oder schadstoffarm verbrennbaren
Treibstoffs erforderlichen Komponenten, umfassend eine hydrophobe
Komponente, wie eine Treibstoffbasis, eine hydrophile Komponente,
wie ein Tensid und eine wässrige Komponente, wie Wasser, mit
mindestens einer Zuführeinrichtung zum Zuführen
der Komponenten, vorgesehen ist, dass die Treibstoffaufbereitungseinrichtung
Mittel umfasst, welche aus den einzeln zugeführten Komponenten den
verbrennungsfähigen Treibstoff aufbereitet. Zur Nutzung
des erfindungsgemäßen Treibstoffs ist eine entsprechende
Treibstoffaufbereitungseinrichtung erforderlich, ohne welche der
Treibstoff nicht effektiv nutzbar ist. Die Treibstoffaufbereitungseinrichtung setzt
das erfindungsgemäße Verfahren um und weist folglich
Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auf. Da der Treibstoff insbesondere nicht dauerhaft stabil
ausgebildet ist, weist die Treibstoffaufbereitungseinrichtung insbesondere
Mittel auf, mit welchem der Treibstoff bis zu seiner Verbrennung
zumindest kurzfristig stabil gehalten wird.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist deshalb
vorgesehen, dass die Mittel eine Mischeinheit umfassen, welche die
Komponenten molekular umgruppiert, umstrukturiert und/oder stabilisiert,
um so einen verbrennungsfähigen Treibstoff zu realisieren.
Mit der Mischeinheit lässt sich zum Beispiel der erfindungsgemäße
Schritt einer Emulsion durchführen.
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Die
Mittel zur Nutzung eines im Wesentlichen als Brennstoff-Tensid-Wasser-Emulsion
ausgebildeten Treibstoffs zur Erzeugung von mechanischer Energie
und/oder Wärmeenergie sind derart ausgebildet, dass als
Treibstoff ein Gemisch aus einem Treibstoff wie Pflanzenöl,
Biodiesel, Rapsmethylester sowie Mittelderivate wie Diesel und Heizöl,
plus Wasser und Tensid verwendet werden können. Insbesondere
können weiterhin neben dem Brennstoffanteil, dem Tensidanteil,
dem Wasseranteil zusätzlich Additive zugefügt
werden. Insbesondere sind die Mittel derart ausgebildet, dass ein
Wasseranteil von etwa 1% bis etwa 50%, weiter bevorzugt von etwa
10% bis etwa 40%, und meist bevorzugt von etwa 20% bis etwa 35%,
bevorzugt von etwa 30% verwendet werden kann. Die angegebenen Prozentanteile
sind Volumenprozentanteile.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Mischeinheit mindestens einen Statikmischer umfasst, um so eine
molekulare Umgruppierung oder Umstrukturierung des Treibstoffes bzw.
dessen Komponenten zu einer zumindest kurzfristig stabilen, verbrennungsfähigen
Emulsion zu realisieren. Die Komponenten des Treibstoffs sind zum
Beispiel Pflanzenöl, Biodiesel, Mittelderivate wie Diesel
und Heizöl, Wasser, Additive sowie ein spezielles Tensid
oder Tensidgemisch. Die Komponenten können gemeinsam oder
einzeln zugeführt werden. Bevorzugt wird das Wasser in
einer separaten Leitung separat zugeführt. Die Treibstoffaufbereitungseinrichtung
ist derart ausgebildet, dass diese die zugeführten Bestandteile
molekular umgruppiert und eine entsprechende Emulsion bildet, die
für den Verbrennungsprozess in der Verbrennungskraftmaschine
stabil ist.
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Deshalb
sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor,
dass die Mischeinheit einen Emulsionskreislauf umfasst, in welchem
die umstrukturierte Emulsion durch mindes tens einen Statikmischer
zirkulierbar ist, um eine wiederholte Umstrukturierung der Komponenten
zu realisieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Mischeinheit ein Leitungssystem umfasst,
mit welchem die Komponenten gesteuert dem Emulsionskreislauf zu-
und/oder abführbar sind. über entsprechende Leitungen,
die in dem Leitungssystem umfasst sind, sind aus einem Vorratsbehälter
oder mehreren Vorratsbehältern die entsprechenden Komponenten
zuführbar.
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Die
Mischeinheit umfasst zumindest einen Statikmischer, bevorzugt mehrere
Statikmischer, um mit diesen eine molekulare Umgruppierung des Treibstoffes
beziehungsweise dessen Komponenten zu realisieren. Aufgrund des
Einsatzes von Statikmischern direkt an zum Beispiel der Verbrennungskraftmaschine
oder einer anderen Verbrennungseinrichtung, genauer deren Brennraum,
muss die Emulsion keine Langzeitstabilität aufweisen. Dadurch,
dass das Wasser kurz vor der Verbrennung in dem entsprechenden Verbrennungsraum
der Emulsion zugeführt wird, wird nur eine kurzfristige
Stabilisierung der Emulsion durch geeignete physikalische Maßnahmen
erfordert, welche insbesondere jederzeit nach Betriebsunterbrechungen
sofort wieder herstellbar ist. Durch die Treibstoffaufbereitungseinrichtung
mit den Statikmischern lassen sich so als Bestandteile auch reine
Pflanzenöle, deren Raffinate wie auch fossile Treibstoffe
bei verbesserter Ökonomie durch Einsparung von teuren Tensiden
und variabler Beimischung verwenden. Insbesondere liegt der Tensidanteil
etwa bei weniger als 20%, weiter bevorzugt bei weniger als 15%,
noch weiter bevorzugt bei weniger als 10% und am meisten bevorzugt
bei weniger als 5%, bevorzugt bei <=
3%.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Treibstoffaufbereitungseinrichtung oder
die Mischeinheit einen Behälter zum Herstellen und/oder
Bevorraten der verbrennungsfähigen Emulsion umfasst. Der
Behälter kann aus einem geeigneten Material bestehen, insbesondere
aus Stahl, Metall, Kunststoff oder derglei chen. Der Behälter
ist mit dem Leitungssystem entsprechend verbunden, um die Emulsion
zu leiten.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Mischeinheit Steuermittel zur gesteuerten
Herstellung des Treibstoffs umfasst. Die Steuermittel können
Mittel zum Schalten von Ventilen, zum Betrieb der Statikmischer,
zum Zu- oder Abführen und dergleichen aufweisen. Bevorzugt
regeln die Steuermittel eine Zu- und/oder Abfuhr der Komponenten.
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Wiederum
eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Treibstoffaufbereitungseinrichtung weiter ein
Leitungssystem zum Zuführen und Abführen der Emulsion
bzw. deren Komponenten aufweist, um die Komponenten aus einem Vorratsbehälter
zuzuführen oder die verbrennungsfähige Emulsion
zu einem Verbrennungsraum abzuführen. Das Leitungssystem
kann eine oder mehrere Leitungen umfassen, die insbesondere als Leitungsrohre
ausgeführt sind. Die Querschnitte der Leitungsrohre sind
entsprechend den Strömungsverhältnissen angepasst. Über
das Leitungssystem kann die Emulsion kurzfristig in den Verbrennungsraum
zugeführt werden. Es können mehrere Leitungen
vorgesehen sein, sodass die Bestandteile des Brennstoffes beziehungsweise
der Emulsion einzeln zugeführt werden können.
Alternativ können mindestens zwei Bestandteile zusammen
in einer Leitung zugeführt werden. Vom Verbrennungsraum
kann über ein Leitungssystem Abgas abgeführt werden.
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In
noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass die Treibstoffaufbereitungseinrichtung
mindestens eine Fördereinheit umfasst, um die Emulsion
durch den Emulsionskreislauf oder zu anderen fluidisch verbundenen
Baueinheiten über das Leitungssystem zu fördern,
zum Beispiel zu anderen Baueinheiten. Beispielsweise kann die Emulsion
so über eine Pumpe in einen Verbrennungsraum geregelt zugeführt
werden. Es können mehrere Pumpen oder Fördereinheiten
vorgesehen sein, zum Beispiel für jede Rohrleitung eine.
Die Pumpen können als beliebige Förderpumpen ausgebildet
sein.
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Bevorzugt
ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen,
dass die Treibstoffaufbereitungseinrichtung Steuerelemente zur Steuerung
von Fluiden, die durch das Leitungssystem strömen, umfassend
Ventile, Drosseln und dergleichen umfasst, um die Emulsion beziehungsweise
deren Bestandteile gesteuert zu fördern. Über
Drosseln und Ventile lässt sich eine genaue Dosierung der
Emulsion in den Mischbehältnis oder realisieren, sodass
optimale Mischergebnisse für die Verbrennung erzielt werden, insbesondere
im Hinblick auf eine geringe Verrußung.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Treibstoffaufbereitungseinrichtung weiter mindestens
eine Einspritzeinrichtung umfasst, welche den Treibstoff von der
Treibstoffaufbereitungseinrichtung in einen Verbrennungsraum einspritzen.
Die Einspritzeinrichtung ist auf das entsprechend verwendete Treibstoffgemisch
ausgerichtet und erlaubt insbesondere bei Verwendung einer erfindungsgemäßen
Emulsion eine sehr fein dosierte Einspritzung. Beispielsweise kann eine
Einspritzeinrichtung für einen Ölbrenner einer Heizungsanlage
vorgesehen sein. Für eine Einspritzung in einen Brennerraum
beispielsweise eines Motors ist die Einspritzeinrichtung in der
Motoreinheit, genauer in dem Motorblock ausgebildet.
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Die
technische Lehre der Erfindung sieht weiter vor, dass bei einer
Krümmereinrichtung zum Ableiten eines bei der Verbrennung
eines Treibstoffes entstehenden Abgases, insbesondere eines bei der
Verbrennung des erfindungsgemäßen Treibstoffes,
insbesondere zur Kopplung an eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend
einen Abgasstrang zum Leiten des Abgases, mit mindestens einem Abgasrohr,
vorgesehen ist, dass das Abgasrohr kompensationsmittelfrei ausgebildet
ist, sodass Mittel zum Kompensieren von Spannungen und/oder Längenveränderungen
des Verbrennungs- oder Abgasrohres aufgrund vorhandener Abgaswärme
ver zichtbar sind. Im Gegensatz zu anderen Lösungen mit Kompensationsmitten
lässt sich die Krümmereinrichtung beispielsweise
mittels Adapterplatten fest an einer Verbrennungskraftmaschine befestigen.
Verbindungen mit einem Freiheitsgrad oder mehreren Freiheitsgeraden,
die einen höheren Aufwand erfordern, sind entbehrlich.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiter
vorgesehen, dass die Krümmereinrichtung als Fächerkrümmer
ausgebildet ist, wodurch ein effektiver Betrieb gewährleistet
ist, beispielsweise bei einer Kopplung an eine Verbrennungskraftmaschine. Über
die Krümmereinrichtung werden die bei der Verbrennung in
dem Motor oder allgemeiner in dem Verbrennungsraum, beispielsweise
der Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Turbine ausgebildet
sein kann, entstehenden Abgase entsprechend durch Krümmerrohre
oder Abgasrohre abgeleitet. Ein aus der Kraftfahrzeugtechnik dem Prinzip
nach bekannter Fächerkrümmer lässt sich insbesondere
so auslegen, dass es beispielsweise für den Betrieb eines
Blockheizkraftwerks geeignet ist, zum Beispiel in einem bevorzugten,
festgelegten Drehzahlbereich.
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Deshalb
sieht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
vor, dass die Krümmereinrichtung zur Kopplung an eine Verbrennungskraftmaschine
mit Zylindern je ein Abgasrohr pro Zylinder der Verbrennungskraftmaschine
aufweist. Üblicherweise ist die Verbrennungskraftmaschine
als Motor ausgebildet, welche mindestens einen, bevorzugt auch mehrere,
Motorzylinder aufweist. Entsprechend weist die Krümmereinrichtung
mehrere Abgasrohre auf, bevorzugt jeweils einen pro Motorzylinder.
Jedoch kann der Verbrennungsraum auch in einer Heizanlage, zum Beispiel
in einem Gasbrenner oder dergleichen ausgebildet sein. Hier sind
keine Zylinder vorhanden, sodass eine entsprechende Krümmereinrichtung
entfallen kann.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass bei mehreren Abgasrohren mindestens zwei Abgasrohre gleich
lang sind, bevorzugt alle Abgasrohre gleich lang sind. Die Abgasrohre
sollten zum optimalen Betrieb gleich lang ausgebildet sein, zum
Beispiel für eine einfache Interferenzrohrauslegung, wobei
die Form der Abgasrohre durchaus unterschiedlich ausgebildet sein
kann. Zudem ist so ein fertigungstechnischer Aufwand optimierbar.
Mit den gleich lang ausgebildeten Abgasrohren lässt sich
eine einfach aufgebaute Krümmereinrichtung modular realisieren.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Krümmereinrichtung mindestens ein Interferenzrohr
aufweist, in welches mindestens ein Abgasrohr mündet, bevorzugt
alle Abgasrohre münden. Es kann eine beliebige Anzahl an
Abgasrohren in diesem Interferenzrohr münden. Bei dem Interferenzrohr
kann es sich um ein Interferenzrohr handeln, welches insbesondere
im Motorenbau zur Veränderung der Leistungscharakteristik
von Verbrennungsmotoren verwendet wird. Das Interferenzrohr ist
ein Teil des Abgassystems und weist genau abgestimmte Längen
und Durchmesser auf. Die Funktion des Interferenzrohres ist es, Schwingungen
des Abgasstromes zu verstärken und zeitlich aufeinander
abzustimmen. Dadurch wird ein Ladeeffekt (eine geringfügige
Vorverdichtung) bei der Zufuhr von Frischgas in den Verbrennungsraum
erreicht (Turboladeeffekt), was eine Erhöhung der Motorleistung
und des Motordrehmoments zur Folge hat. Gleichzeitig wird eine bessere
Entladung oder Leerung der Zylinder realisiert, wodurch auch eine bessere,
das heißt schnellere, Befüllung realisierbar ist.
Durch die entsprechende Ausbildung ist die Funktion des Interferenzrohres
im Wesentlichen drehzahlabhängig und kann so mit einem
fest eingestellten Drehzahlband betrieben werden aber auch bei variierenden
Drehzahlen.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Krümmereinrichtung weiter mindestens
eine Resonatoreinheit umfasst. Insbesondere sieht die vorliegende
Erfindung vor, dass die Resonatoreinheit als segmentierte Resonatorkammer
ausgebildet ist.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die
Resonatorkammer Schallmittel zur Schallreduktion von bestimmbaren
Frequenzbereichen aufweist, insbesondere von mittleren und höheren
Frequenzbereichen. Insbesondere wird durch die Schallmittel ein
Schalldruckpegel reduziert. Es kann auch ein sogenanntes active-noice-reduction-system zur
aktiven Geräuschunterdrückung vorgesehen sein.
Somit lassen sich aktive wie auch passive Schallmittel verwenden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schallmittel ausgewählt
sind aus der Gruppe der Schallreduktionsmittel umfassend Expansionskammern,
Prallwände, Reflexionswellen und dergleichen, um eine Schallreduktion
zu bewirken.
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Noch
eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mindestens
eine Resonatoreinheit in mindestens ein Abgasrohr integriert ist.
Es können mehrere Resonatoreinheiten vorgesehen werden.
Dabei können mehrere Resonatoreinheiten ebenfalls in einem
Abgasrohr oder in mehreren Abgasrohren integriert sein.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
die Krümmereinrichtung fest mit einer Verbrennungskraftmaschine
verbindbar ist, beispielsweise über Adapterklötze.
Hierzu kann die Krümmereinrichtung mittels entsprechender
Verbindungen an der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein. Ein
gelenkige oder bewegbare Anordnung ist nicht erforderlich.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Krümmereinrichtung ein Gehäuse
aufweist, welches die Krümmereinrichtung im Wesentlichen
wasserdicht einhaust. So kann in dem Gehäuse ein Fluid – beispielsweise
ein Wärmeträger wie Wasser – kursieren,
welches zum Beispiel als Kühlmittel einsetzbar ist, wobei
die durch dieses Kühlmittel abgeführte Wärme
für zum Beispiel ein Blockheizkraftwerk nutzbar ist.
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Deshalb
sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor,
dass das als Ummantelung ausgebildete Gehäuse von einem
ersten Wärmeträgerfluid durchströmbar
ist. Hierzu können entsprechende Leitungselemente vorgesehen
werden, welche das Fluid entsprechend leiten. Die Ummantelung kann
mehrere kanalartige Abschnitte zur optimierten Wärmeübertragung
umfassen.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Ummantelung und der Abschnitt des durch das
Gehäuse des Krümmers verlaufenden Abgasstrangs
sowie die durch die Ummantelung und den Abgasstrang strömenden
Fluide einen Krümmerwärmetauscher bilden. Durch
den Krümmerwärmetauscher lässt sich Wärme
in unmittelbarer Nähe zu einem Verbrennungsraum, das heißt
auf einem hohen Temperaturniveau, übertragen und effektiv
nutzen. Die Wärme lässt sich über geeignete
Leitungen mittels eines geeigneten Wärmeträgers
zu anderen Bauteilen wie Wärmespeicher, andere Wärmetauscher
und dergleichen übertragen.
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Die
Erfindung schließt weiter die technische Lehre ein, dass
bei einer Generatoreinrichtung, zur Erzeugung von elektrischer Energie
aus einer mechanischen Energie, umfassend: ein Generatorelement
zur Erzeugung von elektrischer Energie, ein Generatorgehäuse
zur Aufnahme und Lagerung des Generatorelements, vorgesehen ist,
dass das Generatorelement ölgelagert ausgebildet ist, um
in dem Gehäuse angeordnete Bauteile der Generatoreinrichtung
zu kühlen. Die Generatoreinrichtung kann vorgesehen sein
zur Kopplung an eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für
ein Blockheizkraftwerk, und kann umfassen: ein Generatorelement
zur Erzeugung von elektrischer Energie, ein Generatorgehäuse
zur Aufnahme und Lagerung des Generatorelements und eine Öllagerung
zur kühlenden Lagerung der Generatoreinrichtung, wobei
weiter Kreislaufmittel zu Ausbildung mindestens eines Kreislaufs, beispielsweise
eine Ölkreislaufs, vorgesehen sind, um zumindest das Generatorelement
mit einem Kühlmittel im Wesentlichen vollständig
zu um- bzw. durchströmen. Insbesondere umfassen die Kreislauf mittel
ein Leitungssystem mit mindestens einer Leitung sowie Steuerelemente
zur Steuerung eines durch die Leitung strömenden Fluids.
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Die
Kreislaufmittel sind zur Ausbildung mindestens eines Ölkreislaufs
ausgebildet, um die in dem Gehäuse angeordneten Bauteile,
insbesondere das Generatorelement mit einem Kühlmittel
(dielektrisches Öl) im Wesentlichen vollständig
zu durchströmen. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die
Kreislaufmittel ein geeignetes Fluidführungssystem zum Zirkulieren
des beispielsweise als Öl der Öllagerung ausgebildeten
Fluids umfassen, um so zum Beispiel einen Ölkreislauf zu
realisieren. Das Öl ist als dielektrisches Öl
ausgebildet, sodass keine Beeinträchtigung der Generatoreinrichtung
auftreten und eine geeignete Kühlung sowie eine geeignete
Schmierung der Generatoreinrichtung erfolgt.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass die Kreislaufmittel oder das Fluid- oder Ölführungssystem
mindestens eine Fördereinheit umfassen, die auf einer den
Generator antreibenden Antriebswelle angeordnet ist, um das Öl
in dem Ölkreislauf zu fördern. Die Fördereinheit kann
zum Beispiel eine beliebige Förderpumpe oder ein Pumpenrad
sein. Vorzugsweise wird die Fördereinrichtung mittels der
Antriebswelle des Generators, die beispielsweise mit einer Antriebseinrichtung
wie einem Motor gekoppelt ist, betrieben oder angetrieben.
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Die
Kreislaufmittel umfassen mindestens ein das Generatorelement umgebendes
Kühlmittelführungssystem, mit welchem Kühlmittel
das Generatorelement umströmend zirkulierbar ist. Dies
wird durch die Fördereinheit unterstützt. Über
das Kühlmittel lässt sich Wärme von dem
Generatorelement abführen und weiter nutzen. Durch die
entsprechenden Kreislaufmittel ist das Kühlmittel so abführbar,
dass dessen abgeführte Wärme von dem Generatorelement
zum Beispiel über einen Wärmetauscher für
ein Blockheizkraftwerk nutzbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Generatoreinrichtung einen Generatorwärmetauscher
aufweist, der die durch das Generatorelement erzeugt Wärme überträgt
und somit effektiv nutzt.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass der Generatorwärmetauscher integriert, aus dem
Kreislaufmittel, dem Generatorelement, dem Öl und der erzeugten
Wärme, oder zusätzlich, als an dem Generatorgehäuse
angeordneter Wärmetauscher, insbesondere als Plattenwärmetauscher,
ausgebildet ist.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass das Kühlmittelführungssystem und/oder
zumindest Bestandteile der Kreislaufmittel als Außenmantel
des Generatorgehäuses ausgebildet sind, welcher von einem
Kühlmittel durchströmbar ist, um so Wärmeenergie
zu übertragen. Insbesondere ist der Außenmantel
fluiddicht ausgebildet. Die Wandung zum Generator ist entsprechend
dünnwandig und dadurch gut wärmeleitfähig
ausgebildet, sodass Wärme gut von dem Generator zu dem
Kühlmittel übertragbar ist.
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Die
technische Lehre sieht weiter vor, dass bei einer Vorrichtung zur
Erzeugung von Energie mittels Verbrennung eines Treibstoffs, insbesondere
eines erfindungsgemäßen Treibstoffs, umfassend
eine Verbrennungseinrichtung mit einem Verbrennungsraum, in welchem
der zugeführte Treibstoff verbrennbar ist, vorgesehen ist,
dass die Vorrichtung eine erfindungsgemäße Treibstoffaufbereitungseinrichtung aufweist.
Nur auf diese Weise ist eine effektive Nutzung eines erfindungsgemäßen,
schadstoffarmen Treibstoffes realisierbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine erfindungsgemäße
Krümmereinrichtung aufweist, insbesondere eine fest mit
einer Verbrennungseinrichtung verbundene Krümmereinrichtung.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine erfindungsgemäße
Generatoreinrichtung aufweist.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist weiter vorgesehen, dass die Verbrennungseinrichtung als eine
Brennereinrichtung, insbesondere einer Heizungsanlage ausgebildet
ist.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Verbrennungseinrichtung als eine Verbrennungskraftmaschine
umfassend Verbrennungskraftmotoren, Turbinen und dergleichen ausgebildet
ist. Sowohl die Brennereinrichtung als auch die Verbrennungskraftmaschine erzeugen
mittels Verbrennung eines Treibstoffs, insbesondere des erfindungsgemäßen
Treibstoffs, Energie. Bevorzugt ist die Verbrennungseinrichtung
so ausgebildet, dass diese nur mit dem erfindungsgemäßen
Treibstoff betreibbar, insbesondere optimal betreibbar, ist.
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Wiederum
eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Verbrennungseinrichtung mindestens einen Verbrennungswärmetauscher
aufweist. Der Verbrennungswärmetauscher kann beispielsweise
in die Verbrennungseinrichtung integriert sein, wie beispielsweise
ein Motorwärmetauscher, der in dem Motor bzw. dem Motorblock
integriert ist. Alternativ kann der Wärmetauscher als separates
Bauteil ausgebildet sein.
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In
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, dass die Verbrennungseinrichtung als Antriebsvorrichtung
zum Antreiben einer Generatoreinrichtung zur Erzeugung von elektrischem
Strom und Wärmeenergie nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip,
insbesondere für ein Blockheizkraftwerk, ausgebildet ist,
insbesondere als eine Verbrennungskraftmaschine zum Verbrennen eines
Treibstoffs zur Erzeugung von mechanischer Energie und Wärme,
wobei die Verbrennungskraftmaschine Mittel zur Nutzung des erfindungsgemäßen
Treibstoffs umfasst zur Erzeugung von mechanischer Energie und/oder
Wärmeenergie. Die Antriebsvorrichtung ist für
den Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Treibstoff
ausgebildet.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass die Mittel die erfindungsgemäße
Treibstoffaufbereitungseinrichtung umfassen. Nur mit der erfindungsgemäßen Treibstoffaufbereitungseinrichtung
ist die Antriebsvorrichtung effektiv und dauerhaft betreibbar.
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Noch
ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass die Vorrichtung als Generator-Antrieb-Vorrichtung,
insbesondere für ein Blockheizkraftwerk, ausgebildet ist,
umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
und mindestens eine mit der Antriebsvorrichtung über Kopplungsmittel
gekoppelte erfindungsgemäße Generatoreinrichtung.
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass
die Kopplungsmittel eine Elastikkupplung aufweisen, über
welche die Generatoreinrichtung mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt
ist. Über die Elastikkupplung lassen sich Fluchttoleranzen
und dergleichen ausgleichen, sodass eine Einbautoleranz verringert
ist. Es sind auch andere Kopplungsmittel einsetzbar.
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In
noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass ein Generator-Antrieb-Vorrichtung-Wärmetauscher
vorgesehen ist, der Wärme der Antriebsvorrichtung, der Krümmereinrichtung
und/oder der Generatoreinrichtung über einen Wärmeträger
mittels eines Wärmetauschers durch zum Beispiel einen Vorlauf
zu einem Wärmespeicher überträgt. Der
Generator-Antrieb-Vorrichtung-Wärmetauscher kann einzelne Wärmetauschereinheiten,
beispielsweise der Krümmereinrichtung, der Antriebsvorrichtung
und/oder der Generatoreinrichtung umfassen, wobei diese durch entsprechende
Leitungssysteme zu einem gemeinsamen Wärmetauscher zusammengefasst
sein können. Durch diesen Generator-Antrieb-Vorrichtung-Wärmetauscher
lässt sich die in der Antriebseinrichtung und/oder der
Generatoreinheit entstehende Wärme direkt von der Quelle
abführen und für ein Blockheizkraftwerk oder eine
Heizanlage nutzen.
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Weiter
sieht die technische Lehre der vorliegenden Erfindung vor, dass
bei einem Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von elektrischem Strom
und Wärmeenergie vorgehen ist, dass das Blockheizkraftwerk
eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Die
Vorrichtung kann beispielsweise als Generator-Antrieb-Vorrichtung
ausgebildet sein. Es können mehrere Vorrichtungen umfasst
sein.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass mindestens ein Wärmetauscher mit mindestens
zwei Wärmeträgermittelkreisläufen vorgesehen
ist, welcher die von der Generator-Antrieb-Vorrichtung erzeugt Wärme
nutzt. Dieser Wärmetauscher kann beispielsweise der Generator-Antrieb-Vorrichtung-Wärmetauscher
sein.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
ein Wärmetauscher als Abgaswärmetauscher ausgebildet
ist, welcher die Abgaswärme des aus der Krümmereinrichtung
ausströmenden Abgases nutzt. Der Abgaswärmetauscher kann
in einer anderen Wärmetauschereinheit wie einem Generator-Antrieb-Vorrichtung-Wärmetauscher umfasst
sein. Der Abgaswärmetauscher kann den Krümmerwärmetauscher
umfassen oder kann als separate Einheit ausgebildet sein.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass zwischen Abgaswärmetauscher und Krümmereinrichtung
eine Schalldämpfer ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Abgaswärmetauscher
hinter der Krümmereinrichtung und dem Schalldämpfer
an dem Abgasstrang ausgebildet.
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Noch
ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass der Abgaswärmetauscher zumindest teilweise
in den Abgasstrang der Krümmereinrichtung integriert ist.
Hierbei kann der Abgasstrang oder ein Teil davon einen Wärmeträgermittelkreislauf
bilden, welcher Wärme zu dem anderen Wärmeträgermittelkreislauf überträgt.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass ein Wärmeträgermittelkreislauf
die das Abgas führenden Krümmerrohre umfasst.
Die Krümmerrohre bilden einen Teil des Abgasstrangs und
können so einen Teil des Wärmeträgermittelkreislaufs
bilden, wobei das durchströmende Abgas ein Wärmeträgermittel
darstellt.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass ein Wärmeträgermittellreislauf
zumindest teilweise das wasserdichte Gehäuse der Krümmereinrichtung
umfasst. Der Krümmerwärmetauscher kann hierbei
einen Teil des Abgaswärmetauschers bilden oder mit diesem gekoppelt
sein.
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Der
Abgaswärmetauscher kann mindestens zwei Wärmeträgermittelkreisläufe
umfassen. Ein Wärmeträgermittelkreislauf ist dabei
durch das Abgassystem und/oder das Leitungssystem zum Ableiten der
Abgase gebildet, also durch den Abgasstrang. Ein anderer Wärmeträgermittelkreislauf transportiert
eine Wärmeträgermittel zur Wärmeübertragung
von dem Abgas zum Beispiel zu einer Heizanlage, insbesondere zu
einem Wärmespeicher.
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In
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, dass ein Wärmetauscher als Abgaswärmetauscher
ausgebildet ist, der mit einem Rücklauf und der Krümmereinrichtung, beispielsweise über
den Abgasstrang oder den Krümmerwärmetauscher
gekoppelt ist. Der Abgaswärmetauscher bildet somit eine
Aufheizungsstufe eines Wärmeträgermittels, welches
zu einer Heizanlage gefördert wird. Das Wärmeträgermittel
wird dem Abgaswärmetauscher über den Rücklauf
zugeführt und über ein Leitungssystem weiter transportiert.
Es ist ein Abgaswärmetauscher vorgesehen, der zumindest
teilweise in den Abgasstrang integriert ist. Der Abgaswärmetauscher
ist Bestandteil einer Heizeinrichtung und über die Integration
oder Wärmekopplung mit der Krümmereinrichtung
lässt sich die Abgaswärme der Krümmereinrichtung
für das Wärmeträgermittel durch den Abgaswärmetauscher
nutzen. Ein Wärmeträgermittelkreislauf umfasst
die das Abgas führenden Krümmerrohre. Wie aufgeführt,
wird ein Wärmeträgermittelkreislauf durch das
Leitungssystem für die Abgase gebildet, welches Bestandteil der
Krümmereinrichtung ist und insbesondere als Krümmerrohr
ausgebildet ist. Ein Wärmeträgermittelkreislauf
umfasst zumindest teilweise das wasserdichte Gehäuse der
Krümmereinrichtung. Ein Wärmeträgermittel
kann in dem Gehäuse strömen und die Abgaswärme übertragen.
Der Abgaswärmetauscher ist mit dem Rücklauf und
der Krümmereinrichtung gekoppelt, um Wärmeenergie
noch effektiver zu nutzen. Der erste Wärmemittelkreislauf
des Abgaswärmetauschers ist als Abgasleitung ausgebildet
ist, die mit einem Abgasausgang der Krümmereinrichtung
fluidisch verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die
Wärme des Absaugers hinter der Krümmereinrichtung
und ggf. nachgeschaltet dem Krümmerwärmetauscher
ebenfalls für die Erwärmung eines Trägermittels
nutzen. Zwischen Abgaswärmetauscher und Krümmereinrichtung
ist ein Schalldämpfer ausgebildet. Der Schalldämpfer
dämpft das den Schalldämpfer durchströmende
Abgas auf einen entsprechenden Schallpegel hinunter, sodass das
Abgas an die Umgebung ohne wesentliche Lärmbeeinträchtigung
abgegeben werden kann. Der Abgaswärmetauscher ist zumindest
teilweise in den Abgasstrang der Krümmereinrichtung integriert.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass der zweite Wärmemittelkreislauf des Abgaswärmetauschers
mit einem Wärmeträgervorlauf bzw. einer Leitung
zu einem Wärmeträgermittelvorlauf gekoppelt ist,
um eine Wärmeübertragung zwischen dem darin geförderten Wärmeträger
und dem Abgas der Abgasleitung zu realisieren.
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In
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass der zweite Wärmemittelkreislauf des
Abgaswärmetauschers mit einem Wärmeträgerrücklauf
gekop pelt ist, um eine Wärmeübertragung zwischen
dem darin geförderten Wärmeträger und
dem Abgas der Abgasleitung zu realisieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, dass ein Wärmeträgerkreislauf
des Abgaswärmetauschers mit dem Abgaswärmetauscher
und mit einer Vorlaufleitung gekoppelt ist.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass der zweite Wärmemittelkreislauf des Abgaswärmetauschers
mit einem Generator-Antrieb-Vorrichtungs-Wärmetauscher
gekoppelt ist. Der Generator-Antrieb-Vorrichtungs-Wärmetauscher
umfasst den Motorwärmetauscher, den Krümmerwärmetauscher
und/oder den Generatorwärmetauscher. Der Motorwärmetauscher, oder
allgemeiner der Antriebsvorrichtungswärmetauscher, ist
in dem Motor bzw. der Antriebsvorrichtung integriert ausgebildet.
Der damit umfasste Wärmekreislauf ist parallel zu dem Wärmekreislauf
der Krümmereinrichtung und der Generatoreinrichtung ausgebildet,
welche miteinander in Reihe gekoppelt sein können. So bildet
der Motorwärmekreislauf eine Art Bypass zu dem Wärmekreislauf
der Generatoreinrichtung und der Krümmereinrichtung.
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Wie
beschrieben, umfasst der Generator-Antrieb-Vorrichtungs-Wärmetauscher
den Krümmerwärmetauscher, den Generatorwärmetauscher und/oder
den Verbrennungseinrichtungswärmetauscher. Auf diese Weise
lässt sich die dort entstehende Wärme für
das Blockheizkraftwerk nutzen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Wärmetauscher
als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Der Plattenwärmetauscher
bildet eine Form eines Wärmetauschers, der sich effektiv
mit den hier beschriebenen Bauteilen verwenden lässt.
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Noch
ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass der Vorlauf mit einem Wärmeträgerrücklauf
gekoppelt ist, um eine Wärmeübertragung zwischen
dem darin geförderten Wärmeträger und
dem Abgas der Abgasleitung zu realisieren. Der Vorlauf kann mit
dem Rücklauf über verschiedene Aufheizstufen gekoppelt
sein, in denen verschieden Wärmetauscher angeordnet sind.
Diese können wiederum verschiedene Wärmetauscher
umfassen, beispielsweise den Krümmerwärmetauscher, den
Generatorwärmetauscher und/oder den Motorwärmetauscher.
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Eine
andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass ein Wärmespeicher vorgesehen ist, der mit dem
Vorlauf und/oder dem Rücklauf gekoppelt ist, um die mit
dem Wärmeträgermittel über den Vor- und/oder
Rücklauf zugeführte Wärme abrufbar zu
speichern oder abzurufen. Die Wärme lässt sich
dann über einen Wärmeemittenten abstrahlen oder
anderweitig nutzen.
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Noch
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sieht vor, dass weiter mindestens eine Regelung zum Regeln der Bauteile
des Blockheizkraftwerks vorgesehen ist. Die Regelung kann modular
aufgebaut sein, beispielsweise mit Regelmodulen für einzelne
Komponenten wie die Antriebseinrichtung, die Generatoreinrichtung,
die Mischeinheit und dergleichen.
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Die
technische Lehre der Erfindung sieht vor, dass bei einer Heizanlage,
insbesondere zum Vor-Ort-Heizen von Wohnungen, Gebäuden
und dergleichen, mit einem Wärmeemittenten und einem Blockheizkraftwerk,
vorgesehen ist, dass das Blockheizkraftwerk als erfindungsgemäßes
Blockheizkraftwerk ausgebildet ist. Der Wärmeemittent kann
einen oder mehrere Heizkörper umfassen. Die Heizanlage kann
als Zentralheizung für Wohnhäuser ausgebildet sein.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen, sind in den Unteransprüchen
angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
mindestens einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches
in den Figuren schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus
den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale
und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten,
räumliche Anordnungen und/oder Verfahrensschritte können
sowohl für sich als auch in verschiedensten Kombinationen
erfindungswesentlich sein.
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In
den Figuren ist Folgendes dargestellt:
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1 zeigt
schematisch ein Fließschema eines erfindungsgemäßen
Blockheizkraftwerks,
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2 zeigt
schematisch einen Krümmerwärmetauscher,
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3 zeigt
schematisch das Funktionsprinzip einer Generatoreinheit und
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4 zeigt
schematisch eine Mischeinheit.
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1 zeigt
schematisch ein Fließschema eines erfindungsgemäßen
Blockheizkraftwerks 1.
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Das
hier schematisch dargestellte Bockheizkraftwerk 1 umfasst
in der dargestellten Figur eine Generator-Antrieb-Vorrichtung 2.
Die Generator-Antrieb-Vorrichtung 2 umfasst wiederum eine
Antriebsvorrichtung 3, welche mit einer Generatoreinrichtung 4 gekoppelt
ist, bevorzugt über eine elastische Kupplung. Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst
eine Verbrennungskraftmaschine 5 zum Verbrennen eines Treibstoffs
zur Erzeugung von mechanischer Energie und Wärme und eine
Krümmereinrichtung 6 zur Ableitung von bei dem
Verbrennen entstehenden Abgasen. Die Verbrennungskraftmaschine 5 kann
als Brenner ausgebildet sein, ist vorliegend aber als Verbrennungsmotor
ausgebildet. An die Krümmereinrichtung 6 anschließend
und/oder darin integriert, ist ein Absorptionsschalldämpfer 7 ausgebildet.
Der Absorptions schalldämpfer 7 ist zudem über
einen Wärmetauscher 8, der in der 1 als
Abgaskühler ausgebildet ist, mit einem Rücklauf 9 einer
Heizungsanlage (die hier nicht dargestellt ist) gekoppelt. Der Wärmetauscher 8,
der auch als Abgaswärmetauscher bezeichnet wird, ist fluidisch
mit einem Wärmetauscher 10 – einem Vorlaufwärmetauscher – gekoppelt,
der vorliegend als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.
Der Wärmetauscher 10 – der Vorlaufwärmetauscher – ist über
einen Vorlauf 11 mit der hier nicht dargestellten Heizungsanlage
gekoppelt. Weiter ist der Wärmetauscher 10 fluidisch
mit einem als Kühlsystem ausgebildete Generator-Antrieb-Vorrichtung-Wärmetauscher 12 der
Generator-Antrieb-Vorrichtung 2 gekoppelt. Das Kühlsystem 12 der
Generator-Antrieb-Vorrichtung 2 umfasst wiederum einen Wärmetauscher 13,
der als Krümmerwärmetauscher ausgebildet ist.
Zudem umfasst das Kühlsystem 12 einen als Verbrennungskraftmaschinenwärmetauscher
ausgebildeten Antriebswärmetauscher 14 und einen
Generatorwärmetauscher 15. In einem Leitungssystem
des Blockheizkraftwerkes 1, welches Leitungen wie Rohrleitungen
und dergleichen umfasst, sind Fördermittel 16 vorgesehen,
welche ein in den Leitungen strömendes Kältemittel
bzw. Wärmeträgermittel fördern. Durch
die in 1 aufgeführten Pfeile sind Strömungsrichtungen
von verschiedenen Fluiden dargestellt. Eine detaillierte Funktionsbeschreibung
des Blockheizkraftwerks 1 erfolgt nachstehend in der Beschreibung.
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2 zeigt
schematisch den Krümmerwärmetauscher 13.
Der Krümmerwärmetauscher 13 ist fest
mit der in 1 dargestellten Verbrennungskraftmaschine 5 verbunden
und weist Leitungsmittel zum Durchströmen eines Verbrennungsabgases
von der Verbrennungskraftmaschine 5 auf. Die Leitungsmittel
sind vorliegend als Abgas- oder Krümmerrohre 17 ausgebildet,
von denen in der 2 vier Krümmerrohre 17 vorgesehen
sind, wobei im Bedarfsfall auch mehr oder weniger Krümmerrohre 17 ausgebildet
sein können. An die abgasdurchströmten Krümmerrohre 17 schließt
in Strömungsrichtung jeweils eine Resonatorkammer 18 an,
durch welche das Abgas strömt. Die Resonatorkammer 18 ist
als segmentierte Resonatorkammer ausgebildet, welche im vorliegenden
Beispiel drei Resonatorkammern 18a, 18b, 18c aufweist,
die fluidisch miteinander verbunden sind, sodass diese sequenziell
von einem Abgas durchströmbar sind. Die Krümmerrohre 17 sind
etwa alle gleich lang ausgebildet, und münden in ein gemeinsames
Interferenzrohr 19, in welchen die einzelnen Abgasströme
durch die Krümmerrohre 17 gebündelt werden
und durch einen gemeinsamen Ausgang weitergeleitet werden. Die Krümmereinrichtung 6 umfasst
weiter ein Krümmergehäuse 20, welche insbesondere
die Krümmerrohre 17 mit den Resonatorkammern 18 und
das Interferenzrohr 19 einschließt. Das Gehäuse 20 weist
zur Bildung eines Fluidkreislaufes Kreislaufmittel, insbesondere
Leitungen, auf, mit einer Eintrittsöffnung 21 und
einer Austrittsöffnung 22. Durch die Eintrittsöffnung
bzw. die Austrittsöffnung 21/22 kann
ein Wärmeträgermittel wie Wasser in das Gehäuse 20 eintreten
und die Krümmerrohre 17 samt Resonatorkammern 18 und Interferenzrohr 19 umströmen.
Auf diese Weise ist ein Krümmerwärmetauscher 13 ausgebildet,
mit welchem die Abgaswärme des Verbrennungsmotors oder
allgemein der Antriebsvorrichtung 3 auf ein Wärmeträgermittel
in dem Krümmerwärmetauscher 13 übertragen
und genutzt werden kann.
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3 zeigt
schematisch das Funktionsprinzip einer Generatoreinrichtung 4.
Die Generatoreinrichtung 4 weist als Kernstück
einen als Generator betriebenen Elektrogenerator 23 auf,
der auch als Elektromotor bezeichnet werden kann, welcher über eine
Generatorwelle 24 mit der in der 1 dargestellten
Verbrennungskraftmaschine 5 koppelbar ist. Zur weiteren
Kopplung des Elektromotors 23 an die Verbrennungskraftmaschine 3 weist
die Generatoreinrichtung 4 einen Motor-Flansch 25 auf,
mit welchem die Generatoreinrichtung 4 entsprechend an die
in 1 dargestellte Verbrennungskraftmaschine 5 koppelbar
ist. Die Generatoreinrichtung 4 weist weiter ein Generatorgehäuse 26 auf,
welches den Elektrogenerator 23 einhaust. In dem Generatorgehäuse 26 ist
eine als Öl-Pumpe ausgebildete Fördereinheit oder
Fördereinrichtung 27 ausgebildet, welche eine Kühlmittel,
das hier vorliegend als Öl ausgebildet ist, durch den Elektrogenerator 23 strömen
lässt, sodass dieser umgeben von bzw. in Öl gelagert
und somit gekühlt ist. Das Öl ist als dielektrisches Öl
ausgebildet und dient neben der Kühlung gleichzeitig zur Schmierung
der Generatoreinrichtung 4. Zur Ausbildung eines Kreislaufes
weist das Gehäuse 26 entsprechende Leitungsmittel 28 auf,
die im Gehäuse 26 ausgebildet sind, sodass ein Ölkreislauf
durch den Elektrogenerator 23 realisiert ist. Das Generatorgehäuse 26 ist
doppelwandig ausgebildet, sodass ein Außenmantel 29 gebildet
ist, welcher von einem Wärmeträgermittel durchströmbar
ist. Als Wärmeträgermittel dient in der Figur
Kühlwasser, welches von einem Kühlwasservorlauf 30 gespeist
wird. Das Kühlwasser umströmt in dem Außenmantel 29 die
Generatoreinrichtung 4 und strömt durch einen
Kühlwasserrücklauf 31 weiter. Zu der
Generatoreinrichtung 4 ist eine Steuerung vorgesehen, welche
die Generatoreinrichtung 4 steuert. Über einen
Klemmkasten 32 lassen sich verschiedene Anschlüsse
realisieren, beispielsweise für eine Stromversorgung, eine
Steuerung und dergleichen. Weiter vorgesehen ist an Öleinfüllstutzen 33 zum
Nachfüllen von (dielektrischem) Öl, wobei dort
ein ölstandpuffer realisiert ist.
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4 zeigt
schematisch eine Mischeinheit 34. Die Mischeinheit 34,
welche zur Treibstoffaufbereitung dient, umfasst in der dargestellten
Figur mehrere Zuläufe für die Komponenten des
Treibstoffs, hier einen Wasserzulauf 35 und einen Treibstoffbasiszulauf 36.
Wasserzulauf 35 und Treibstoffbasiszulauf 36 sind über
jeweils eine Leitung, in welchen Magnetventile und Dosierdüsen
zur Steuerung integriert sind, mit einem Statikmischer 37 gekoppelt.
Der Statikmischer 37 regt Kräfte an, welche aus
den Treibstoffkomponenten eine Emulsion bilden. In dem Statikmischer
wird in dem Beispiel nach 4 das Wasser
mit der Treibstoffbasis gemischt und über eine weitere
Leitung in einen als Behälter ausgebildeten Zwischentank 38 zur
Aufbewahrung der gebildeten Emulsion geleitet. Zur Bemessung einer
Füllstandshöhe weist der Zwischentank 38 einen
Schwimmschalter 38a auf, um gegebenenfalls eine Zuführung oder
eine Abführung der Emulsion zu regeln. Der Zwischentank 38 weist über
zwei weitere Leitungen 40, 42 einen Kreislauf
auf, von dem eine Leitungsabzweigung zu einer Motorzuleitung 39 abgeht.
Die erste Zuleitung 40 von dem Zwischentank 38 zu
der Motorzuleitung 39 und der zweiten Zuleitung 42 weist
integriert einen Statikmischer 41 auf, über welchen
die erste Leitung 40 mit der zweiten Leitung 42 einen Kreislauf
bildet, in welchem die Emulsion durch wiederholtes Mischen mit dem
Statikmischer 41 und somit durch wiederholtes Umstrukturieren
als Emulsion stabil gehalten wird. Da die Emulsion nur kurzfristig stabil
ist, ist dieses wie derholte Umstrukturieren erforderlich. Die Leitung 42 weist
weiter eine Mischerpumpe 43 auf, über welche die
Emulsion in der Leitung gefördert wird. So kann die Emulsion
auch zu einem hier nicht dargestellten Verbrennungsraum gefördert
werden, wobei die Förderung in einem Zeitfenster erfolgt,
in dem eine Stabilität der Emulsion gewährleistet
ist. Hierzu kann die Emulsion unmittelbar vor Zuführung
in den Verbrennungsraum durch den Statikmischer umstrukturiert werden,
sodass die so umstrukturierte Emulsion, die vorwiegend kurzfristig stabil
ist, die Stabilität bis zur Verbrennung in dem Verbrennungsraum
gewährleistet ist.
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Zusammenfassend
lässt sich festhalten:
Das Blockheizkraftwerk 1 umfasst
eine als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 5.
Die Verbrennungskraftmaschine 5 ist mit Pflanzenöl und/oder
Biodiesel, Rapsmethylester oder Mittelderivaten, wie Diesel und
deren Mischung in Verbindung mit Tensiden und ggf. Additiven und
emulgiert mit Wasser, welche als Einheit aus verschiedenen Komponenten
entwickelt ist, betreibbar. Mit dem Dieselmotor wird Strom erzeugt,
wozu der Treibstoff speziell aufbereitet werden muss. Bei der Stromerzeugung entsteht
zudem Wärmeenergie, die in entsprechenden Wärmetauschern
nutzbar gemacht wird. Die Steuerung des Gesamtprozesses erfolgt über
entsprechende Steuermittel. Die Verbrennungskraftmaschine 5,
die als Dieselmotor, also als selbstzündender Motor ausgebildet
ist, weist einen fest mit dieser verbundene Krümmereinrichtung 6 auf.
Die Krümmereinrichtung 6 ist so gestaltet ist,
dass sie zur Leistungssteigerung als Fächerkrümmer
ausgebildet ist, mit vorliegend vier etwa gleich langen Abgasrohren pro
Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 5. Die Anzahl der
Abgasrohre hängt proportional von der Anzahl der Zylinder
ab, sodass bei fünf Zylindern auch fünf Abgasrohre
vorgesehen sind. Die Abgasrohre münden wiederum in ein
Interferenzrohr 19. In den einzelnen Krümmerrohren 17 sind
dreifach segmentierte Resonatorkammern 18 integriert, mit
denen eine merkbare Schallreduktion, insbesondere im mittleren und
höheren Frequenzbereich, nah eines Entstehungsorts des
Schalls realisierbar ist. Das vom Abgas durchströmte, in 2 im
Detail dargestellte, System wird komplett wasserdicht eingehaust,
wobei eine Ummantelung gebildet ist, die von einem Wasser-Äthylenglykol-Gemisch
durchströmt wird, bevorzugt unter Zuhilfenahme von Fördermitteln
wie Pumpen, um einen Wärmetransfer von den Abgasen über die
Abgasrohre an einen Plattenwärmetauscher 10 zu
realisieren. Der Plattenwärmetauscher 10 ist mit seinem äußeren
Kreislauf an einen entsprechenden Heizungsspeicher gekoppelt, welcher
die so gewonnene Wärme speichern kann. Integriert oder
gekoppelt mit diesem Wärmetauscher 10 sind der
kleinere und der größere Motorkühlkreislauf,
welche zusammenfassend ein Kühlsystem ergeben. Die Motorkühlkreisläufe
werden über Thermostate gesteuert. Auf diese Weise ist
eine Leistungssteigerung mit Schalldämmung und entsprechend
optimaler Wärmenutzung nahe dem Entstehungsort, nämlich
der Verbrennungskraftmaschine 5 realisierbar, sodass die Effizienz
des Gesamtsystems und der Einzelfunktionen deutlich gesteigert ist.
Das Abgas, nachdem es die Krümmereinrichtung 6 durchlaufen
hat, wird in einem großvolumigen Absorptionsschalldämpfer 7 mit großer
Masse beruhigt und die Geräuschentwicklung weiter reduziert,
insbesondere bei niedrigen Frequenzen, sodass allenfalls das reine
Strömungsgeräusch des Abgases hörbar
ist.
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Der
Abgasstrom passiert danach einen weiteren Wärmetauscher 8,
der als wasserdurchströmter Kühler ausgebildet
ist, der durch eine entsprechende Wahl der Geometrie eine optimale
Wärmeübertragung bis deutlich unter die Kondensationsgrenze
aus den Abgasen ermöglicht. Die Geometrie ist insbesondere
so gewählt, dass ein geringer Einzelrohrdurchmesser vorliegt,
wobei die Einzelrohre Wandstärken von etwa 0, 4 mm aufweisen.
Die Einzelrohre sind durch Prägungen, sogenannte Winglets für
eine Durchspülung optimiert. Nur mit dem erfindungsgemäßen
Treibstoff, der rußfrei oder zumindest nahezu rußfrei
verbrennbar ist, kann die hier beschriebenen Technologie, insbesondere
der Verbrennungskraftmaschine 5, effektiv verwendet werden. Der
zweite Wärmetauscher 8 liefert die gewonnene Wärme
mittels Pumpen direkt an den Wärmespeicher der Heizungsanlage,
ohne Verluste beispielsweise durch einen zwischengeschalteten Plattenwärmetauscher 13. Über
diesen Kreislauf des Plattenwärmetauschers 13 wird
die dem Generator 4 entzogene Wärme ebenfalls
dem Speicher zugeführt, sodass auch die Abwärme
des Generators 4 nutzbar ist.
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Die
Generatoreinrichtung 4, wie in 3 dargestellt,
die über eine Elastikkupplung 50 an die Verbrennungskraftmaschine 5 gekoppelt
ist, wird zur optimalen Kühlung auch aller inneren Bereiche
in einem dielektrischen Öl gelagert. Das Öl wird
zur besseren Kühlung mit Hilfe mindestens einer Fördereinrichtung,
hier einem Pumpenrad 27 auf dem Wellenstumpf des Generators 4 zur
Erzeugung eines Kühlmittelkreislaufes aller Teile des Generators 4 gepumpt,
sodass die Generatoreinrichtung 4 gleichmäßig
kühlend umströmt ist. Die Hülle, genauer
das Gehäuse 26 des Generators 4, ist
zweischalig ausgebaut, wobei ein Außenmantel 29 von
einem Wasser-Ethylen-Glykol-Gemisch oder anderen geeigneten Kühlmitteln
durchströmbar ist, welche dem Generator 4, genauer
dem eingesetzten Kühlmittel, hier dem Öl, Wärme
entziehen und diese über Pumpen einem Pufferspeicher zuführen.
Hierdurch ist der Generator 4 während eines Dauerbetriebs
gleichmäßig kühlbar, wodurch ein optimaler
Wirkungsgrad realisierbar ist und die von dem Generator 4 erzeugte Wärme
direkt in einem Heizungsspeicher nutzbar ist.
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Zur
Aufbereitung des zugeführten Treibstoffes (Pflanzenöle,
Biodiesel, Rapsmethylester sowie Mittelderivate wie Diesel und Heizöl)
zu einer Emulsion mit einem Wasseranteil bis zu 30% und mehr dient eine
spezielle, in 4 im Detail dargestellte, Mischeinheit 34 mit
einem Gehäuse. In dem geschlossenen Behälter 38 wird
aus einem Gemisch aus Treibstoff und speziell für diesen
Zweck formulierten Tensiden mit dem separat zugeführten
Wasser unter molekularer Umgruppierung eine Emulsion gebildet. Die
Emulsion wird mit einzelnen oder mehreren statischen Mischern 37, 41 oder
anderen geeigneten Verfahren entwickelt und ausreichend lang stabil
gehalten, sodass sie den Verbrennungsraum des Motors als sehr feine
Emulsion, nicht aber als Mikroemulsion, erreichen und nach einer
Zerstäubung durch Einspritzdüsen mit dem Sauerstoff
der Luft ein zündfähiges Gemisch bilden. Eine
Befüllung des Speicherbehälters 38 und
das geeignete Mischungsverhältnis der Komponenten zueinander
wird über Magnetventile und verstellbare Düsen,
die innerhalb des Gehäuses angebracht sind, ge steuert.
Zur Vermeidung von Unter- oder Überfüllung des
Behälters 38 wird ein von der Steuerung überwachter
Schwimmerschalter 38a eingesetzt.
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Durch
eine geeignete Formulierung des Treibstoffes und die physikalische
Behandlung der Emulsion in der Mischeinheit 24 wird ein
verzögerter Abbrand der verdichteten Gase im Zylinder erreicht, der
die Mechanik eines Antriebs (Kurbelwelle) entlastet und auch den
Verbrennungsvorgang selbst so gestaltet, dass erstmalig der Energiegehalt
des Treibstoffes nahezu vollständig genutzt werden kann.
Das zeigt sich beispielsweise dadurch, dass die Rußbildung
(unverbrannte Treibstoffreste) bis in die Nähe der Nachweisgrenze
reduziert werden. Auf diese Weise wird eine deutliche Reduktion
der Emission von Stickoxiden NOx, Kohlenmonoxiden CO und Kohlenwasserstoffen
HC realisiert. Das in der Emulsion gebundene Wasser wird beim Verbrennungsvorgang
verdampft und liefert durch die Expansion des Dampfes einen weiteren
Schub auf einen sich seitwärts bewegenden Kolben der Verbrennungskraftmaschine 5.
Der Schub macht den zusätzlichen Energieeintrag über
die beschleunigte Drehung der Kurbelwelle nutzbar.
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Die
Mischeinheit 34 zur Herstellung einer feiner Emulsion aus
unterschiedlichen Anteilen an Wasser, Tensiden, Additiven und den
eigentlichen Treibstoffen besteht somit aus dem Behälter 38 für
die Emulsion, den fördernden Pumpen für die Anteile oder
Bestandteile der Emulsion mit Steuerelementen und Ventilen, die
die Dosierung der einzelnen Komponenten ermöglichen, den
statisch oder anderen geeigneten Mischern 37, 41,
der Pumpe 43 und dem Gehäuse.
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Durch
die Statikmischer 37, 41 in Verbindung mit der
ständigen Bewegung des Fluides mittels geeigneter Pumpen 43 wie
Magnet-Kolbenpumpen gelingt es, die Emulsion mit jedem Durchlauf
zu großen Teilen im Bereich von > 98% molekular neu umzugruppieren und
damit eine sehr feine Verteilung der Komponenten so lange zu sichern,
dass eine gleichmäßige Verbrennung mit den oben
beschriebenen Vorteilen erstmalig mit dem Einsatz einer Emulsi on der
oben genannten Treibstoffe mit großem, variablem Wasseranteil
und geringem Tensidanteil, bevorzugt < 3% ermöglicht ist. Die auf
diese Weise hergestellte feine Emulsion ist je nach Zusammenstellung der
Komponenten geeignet für den Einsatz in Motoren, Brennern
und Turbinen zur Reduktion der Schadstoffemissionen, mindestens
bei NOx, Co und HC und zur Steigerung der Effizienz des Verbrennungsverfahrens.
Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen muss keine
Langzeitstabilität der Mischung gewährleistet
werden, da erst kurz vor der eigentlichen Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine,
d. h. dem Motor oder dem Brenner, eine Heizung, erst dazu gemischt
wird und die nur kurzfristig nötige Stabilisierung durch
geeignete physikalische Maßnahmen gesichert wird und diese
jederzeit nach Betriebsunterbrechung wieder herstellbar ist. Die Vorrichtung
kann mit reinen Pflanzenölen, deren Raffinat aber auch
mit fossilen Treibstoffen mit verbesserter Ökonomie durch
Einsparung teurer Tenside < 3%
und variabler Wasserbeimischung bei verminderter Schadstoffreduktion
unter Einsatz von Emulsionen mit fossilen Treibstoffen verwendet
werden.
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Zum
Betreiben des Blockheizkraftwerkes 1 ist eine neu entwickelte
Steuerung vorgesehen, die sowohl den Betrieb des Blockheizkraftwerkes 1 bei Ein-
und Ausschaltzeiten, wie auch die Motorüberwachung, wie Öldruck,
Temperatur und Drehzahl sichert und regelt. Über die Steuerung
wird auch die Treibstoffmischereinheit 34 mit Pumpen und
Ventilen gesteuert. Weiter steuert und überwacht die Steuerung die
mit Wärme versorgte Heizanlage, deren Speicher samt Mischern
und Pumpen über mehrere Heizkreise hinweg und auch mittels
Temperaturfühler den Speicher und am Vorlauf sowie Außentemperaturfühler
und Raumthermostaten.
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Die
Steuerung ist in der Lage, mehrere verbundene Blockheizkraftwerke 1 mit
einer Art Master-Slave-Funktion alternierend oder gemeinsam zu steuern.
Mit der Steuerung kann stets die angeforderte Wärmemenge
für unterschiedliche Lastbereiche bereitgestellt werden.
Weitere Wärmequellen wie Solarthermie oder Spitzenlastkessel
können auf einfache Weise integriert werden. Über
einen Ethernetanschluss oder andere Netzverbindungen lassen sich wichtige Funktionen
der Steuerung ferngesteuert einstellen und überwachen.
Auf diese Weise kann eine große Anzahl der Blockheizkraftwerke 1 gemeinsam von
einer externen Leitwarte gefahren werden als ein gemeinsames „virtuelles
Kraftwerk” mit dezentraler Energiegewinnung unter Nutzung
Kraft-Wärme-Koppelung.
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In
die Gesamtsteuerung integriert ist ebenfalls die Steuerung zur Einspeisung
des produzierten Stroms in das Niederspannungsnetz des jeweiligen Energieversorgers.
Hierzu werden parallel Spannungen auf allen drei Phasen und die
Frequenz einer Phase sowie die Leistung kontinuierlich gemessen und überwacht.
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Bei
einem möglichen Netzausfall sichert die Steuerung eine
sofortige Abschaltung des Blockheizkraftwerkes im Rahmen der gesetzlichen
Vorgaben (d. h. binnen 20 Millisekunden), und ebenso die Verhinderung
eines ungewollten Inselbetriebs.
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Insbesondere
durch die Krümmereinrichtung, die Generatoreinrichtung
und den Treibstoff ist eine optimale Nutzung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19623107
C1 [0011, 0011]