DE102008039020A1 - Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität - Google Patents

Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität Download PDF

Info

Publication number
DE102008039020A1
DE102008039020A1 DE102008039020A DE102008039020A DE102008039020A1 DE 102008039020 A1 DE102008039020 A1 DE 102008039020A1 DE 102008039020 A DE102008039020 A DE 102008039020A DE 102008039020 A DE102008039020 A DE 102008039020A DE 102008039020 A1 DE102008039020 A1 DE 102008039020A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
heat source
stirling engine
hot gas
external
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102008039020A
Other languages
English (en)
Inventor
Hermann Dipl.-Ing. Franck
Jan Heitkötter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Post AG
Original Assignee
BREMER INST fur PRODUKTION UN
Bremer Institut fur Produktion und Logistik GmbH
Deutsche Post AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BREMER INST fur PRODUKTION UN, Bremer Institut fur Produktion und Logistik GmbH, Deutsche Post AG filed Critical BREMER INST fur PRODUKTION UN
Priority to DE102008039020A priority Critical patent/DE102008039020A1/de
Publication of DE102008039020A1 publication Critical patent/DE102008039020A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00Heat inputs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00Heat inputs
    • F02G2254/10Heat inputs by burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2280/00Output delivery
    • F02G2280/20Rotary generators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität, umfassend einen Heißgasmotor (20) nach dem Sterlingprinzip in Verbindung mit einem elektrischen Generator (30), wobei der Heißgasmotor (20) thermische Energie einer externen Wärmequelle (40) in mechanische Energie umwandelt, welche dem elektrischen Generator (30) zugeführt wird, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass beliebige und austauschbare externe Wärmequellen (40) an der heißen Seite (21) des Heißgasmotors (20) anbringbar sind, wobei wenigstens ein Teil der Wärme der externen Wärmequelle (40) und/oder der Abwärme des Heißgasmotors (20) ferner einem externen Aggregat (50; 51; 60; 70) zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, umfassend einen Heißgasmotor nach dem Sterlingprinzip in Verbindung mit einem elektrischen Generator, wobei der Heißgasmotor thermische Energie einer externen Wärmequelle in mechanische Energie umwandelt, welche dem elektrischen Generator zugeführt wird, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt In Ländern mit schlechter oder nicht vorhandener Stromversorgung erfolgt die Stromversorgung in der Regel mittels Generatoren, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Gerade in diesen Ländern mit geringem Bruttoinlandsprodukt stellt die Beschaffung dieser Brennstoffe jedoch oft ein wirtschaftliches und auch ökologisches Problem dar. Alternativen zur Nutzung fossiler Energieträger sind daher die Nutzung von Wind- und Solarenergie.
  • Auf dem Markt erhältlich sind ferner mehrere Lösungen zur Wärmeerzeugung für Kochstellen mit kleinen Wärmeerzeugern, die mit Öl oder Gas aus lokaler Produktion betreiben werden. Diese Kochstellen sind üblicherweise einfach und an die lokalen Produktionsmöglichkeiten angepasst konstruiert. Die Hauptmotivation zum Einsatz dieser Kochstellen ist die Vermeidung der Nutzung von Holz als Brennstoff, um die lokale ökologische Situation zu verbessern. Beispielsweise kann als Brennstoff Pflanzenöl eingesetzt werden, das im Rahmen der Kreislaufwirtschaft zur Energieerzeugung oder zum Antrieb von Kraftmaschinen genutzt werden kann. Auch kann in Kläranlagen entstehendes Methan zu Koch- oder Wärmezwecken eingesetzt werden, wenn es nicht als Abfallsprodukt nutzlos abgefackelt werden soll.
  • Um Pflanzenöl oder Biogas auch zur Stromerzeugung nutzen zu können, sind jedoch ein erheblicher maschineller Aufwand und kontinuierliche Wartungsarbeiten erforderlich, was in den angestrebten Einsatzgebieten oftmals nicht realisiert werden kann, da dies mit hohen Kosten verbunden ist. Ferner können solche Vorhaben an den hohen technologischen Anforderungen zur Aufbereitung (Reinigung) der Biogase scheitern. Werden die Biogase jedoch nicht aufbereitet, reduzieren sie wiederum die Standzeiten der üblicherweise zur Stromerzeugung eingesetzten Ottomotoren.
  • Eine interessante Alternative stellt dabei daher der Einsatz von Stirlingmotoren dar, die von einer externen Energiequelle mit Wärme versorgt werden, die mittels nachwachsender Rohstoffe betrieben werden kann. Insbesondere Biogas könnte in der Wärmequelle eines Stirlingmotors verbrannt werden, ohne dass die Gase zuvor gereinigt werden müssen, da der Stirlingmotor mit einer externen Wärmequelle arbeitet.
  • Der Stirlingmotor ist ein Heißluftmotor in Form einer periodisch arbeitenden Wärmekraftmaschine, die Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt. Im Stirlingmotor wird ein abgeschlossenes Arbeitsgas wie beispielsweise Luft oder Helium von außen an zwei verschiedenen Bereichen abwechselnd erhitzt und gekühlt, um so mechanische Energie zu erzeugen, die von einem angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
  • Als mögliche Einsatzgebiete von Stirlingmotoren sind beispielsweise transportable Heizsysteme für Outdoor-Anwendungen bekannt, wie sie in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 40 19 856 A1 beschrieben sind. Dabei wird ein Stirlingmotor dazu genutzt, um ein Ventilationssystem anzutreiben, das warme Luft aus einem Wärmetauscher in Zelte oder spezielle Luftmatratzen transportiert, wobei sowohl der Stirlingmotor als auch der Wärmetauscher Wärme von einer transportablen Wärmequelle beziehen.
  • Im Bereich der Gewinnung von Wärme aus einem Ofen, einem Schornstein oder dem Abgassammelrohr eines Kraftfahrzeugs offenbart die Deutsche Offenlegungsschrift DE 29 33 067 A1 ferner ein Aggregat, mit dem sichergestellt werden kann, dass die mit einem Heißgasmotor erzeugte generatorische Wechselspannung und Frequenz innerhalb üblicher Toleranzen liegt. Dies gelingt dadurch, dass die am Generator gemessene Abweichung der jeweiligen Betriebswechselspannung vom Sollwert unmittelbar über magnetisch-mechanische Stellglieder wie Klappen und Ventile auf den zum Antrieb des Heißgasmotors dienenden Wärmeenergiefluss einwirkt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heißgasmotor nach dem Sterlingprinzip in einer Vorrichtung auf einfache Weise für die kombinierte Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie nutzbar zu machen, um sie insbesondere in Ländern mit geringem Bruttoinlandsprodukt einsetzen können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–9.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität umfasst einen Heißgasmotor nach dem Sterlingprinzip und einen elektrischen Generator, wobei der Heißgasmotor thermische Energie einer externen Wärmequelle in mechanische Energie umwandelt, welche dem elektrischen Generator zugeführt wird, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die Erfindung sieht vor, dass eine beliebige und austauschbare externe Wärmequelle an der heißen Seite des Heißgasmotors anbringbar ist, wobei wenigstens ein Teil der Wärme der externen Wärmequelle und/oder der Abwärme des Heißgasmotors ferner einem weiteren externen Aggregat zugeführt wird. Die externe Wärmequelle ist vorzugsweise mit nachwachsenden Rohstoffen betreibbar.
  • Die externe Wärmequelle kann insbesondere eine herkömmliche Kochstelle sein, die mit Pflanzenöl, Biogas oder nachwachsenden Feststoffen betrieben wird. Diese Wärmequelle kann somit von Personen auch unabhängig vom Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung als übliche Kochstelle genutzt werden. In dieser Funktion dient sie lediglich zur Wärmerzeugung. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Strom in Betrieb genommen werden, kann die Kochstelle als externe Wärmequelle an der warmen Seite des Heißgasmotors angeschlossen werden. Dabei ist die Wärmeerzeugung an der warmen Seite des Stirlingmotors nicht auf eine bestimmte Wärmequelle ausgerichtet, sondern es können vorzugsweise unterschiedliche und damit austauschbare Wärmequellen genutzt werden.
  • Vorzugsweise sind als externes Aggregat eine Kochstelle und/oder ein Backofen angeschlossen. So kann die Abwärme des Stirlingmotors und/oder ergänzend auch ein Teil der Wärme der externen Wärmequelle auf vorteilhafte Weise für andere Aggregate genutzt werden, um so den Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen. Dieses externe Aggregat kann beispielsweise auch ein Wärmetauscher sein, mit dem ein Fluid erwärmt wird. Der Wärmetauscher kann somit für die Brauchwassererwärmung genutzt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das externe Aggregat eine Kältemaschine, welche die aufgenommene Wärme der externen Wärmequelle und/oder die Abwärme des Heißgasmotors in Kälte umwandelt. Als Kältemaschine kann beispielsweise eine Absorptionskältemaschine vorgesehen sein, mit der Lebensmittel gekühlt werden können. Auch der Einsatz der Kältemaschine als Klimaanlage für Räume ist möglich.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Kältemaschine zur Kühlung der kalten Seite des Heißgasmotors eingesetzt. So kann die Temperaturdifferenz zwischen der warmen Seite und der kalten Seite des Heißgasmotors reduziert werden, was den Wirkungsgrad des Motors erhöht.
  • Um eine Regelung bei Leerlauf vorzusehen, wenn keine elektrische Energie abgenommen wird, kann vorgesehen sein, dass ein Drehzahlmesser fortlaufend die Drehzahl des Heißgasmotors erfasst und an ein Steuergerät übermittelt, welches bei Überschreiten einer maximal zulässigen Drehzahl einen Lastwiderstand auf den Generator schaltet. Alternativ kann der Heißgasmotor auch einen Fliehkraftregler aufweisen, der bei Überschreiten einer maximal zulässigen Drehzahl einen Lastwiderstand auf den Generator schaltet. In beiden Fällen kann die am Lastwiderstand abgenommene Leistung wiederum zur Erhitzung eines externen Aggregats wie einer elektrischen Kochplatte verwendet werden.
  • Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass als externe Wärmequelle für den Heißgasmotor beliebige austauschbare Wärmequellen eingesetzt werden, wobei es sich vorzugsweise um Wärmequellen handelt, die üblicherweise als Kochstellen eingesetzt werden. Diese Wärmequellen können somit wahlweise als Kochstelle oder zum Betrieb des Stirlingmotors und damit zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Auch eine kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom ist möglich, da die Abwärme des Stirlingmotors und/oder ein Teil der Wärme der externen Wärmequelle vorzugsweise abgeführt und in externen Aggregaten wie Backöfen, Wärmetauschern oder Kältemaschinen genutzt werden. Da nur etwa 1/10 der zugeführten Energie von dem Stirlingmotor und dem elektrischen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden kann, stehen die verbleibenden 9/10 für die weitere Verwendung zur Verfügung.
  • Insbesondere die Abführung der Wärme zur Nutzung in Kältemaschinen hat den Vorteil, dass mit diesen Kältemaschinen eine Kühlung der kalten Seite des Stirlingmotors erfolgen kann, wodurch sich der Wirkungsgrad des Stirlingmotors erhöhen lässt.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
  • Von den Abbildungen zeigt:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung einer Kochstelle als Wärmequelle des Heißgasmotors;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem angeschlossenen Backofen;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem angeschlossenen Wärmetauscher;
  • 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer angeschlossenen Kältemaschine;
  • 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Drehzahlmesser; und
  • 6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Luftführung.
  • In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität gezeigt. Das System umfasst einen Heißgasmotor 20 nach dem Stirlingprinzip, der mechanisch mit einem elektrischen Generator 30 verbunden ist. Diese mechanische Verbindung ist in 1 über einen Riemen dargestellt. Der Stirlingmotor kann auf übliche Weise aufgebaut sein, wobei beispielsweise zwischen einem α-Typ, einem β-Typ und einem γ-Typ gewählt werden kann, wie sie aus der Literatur bekannt sind. Beim α-Typ sind zwei Kolben in separaten Zylindern untergebracht und wirken um 90° versetzt auf eine gemeinsame Kurbelwelle. Beim β-Typ laufen beide Kolben in einem Zylinder und beim γ-Typ sind Arbeits- und Verdrängerkolben in verschiedenen miteinander verbundenen Zylindern untergebracht. Jede andere Bauart eines Stirlingmotors kann jedoch ebenfalls eingesetzt werden.
  • Der Heißgasmotor 20 weist eine warme Seite und eine kalte Seite auf, zwischen denen das Arbeitsgas hin- und herbewegt wird, wobei die warme Seite in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel links liegt, während die kalte Seite rechts liegt. An der warmen Seite ist eine Wärmequelle 40 angeordnet, welche das Arbeitsgas des Heißgasmotors, bei dem es sich beispielsweise um Luft oder Helium handeln kann, von außen erwärmt. Auf dem Weg zur kalten Seite gibt das Arbeitsgas seine Wärme üblicherweise an einen nicht dargestellten Regenerator ab, welcher die Wärme vorübergehend speichert und wieder an das Gas abgibt, wenn es von der kalten Seite zurück zur warmen Seite strömt. Unabhängig von der Bauart des Motors wird das Arbeitsgas im warmen Bereich des Motors ausgedehnt und im kalten Bereich zusammengedrückt, so dass aus der resultierenden Kolbenbewegung mechanische Arbeit erzeugt wird.
  • Der Stirlingmotor 20 wird auf der warmen Seite von einer externen Wärmequelle 40 erhitzt, bei der es sich vorzugsweise um eine herkömmliche Kochstelle handelt, die losgelöst von der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 als Kochstelle 40' auch für Kochzwecke eingesetzt werden kann. Bei der Kochstelle handelt es sich beispielsweise um einen Brenner, der mit Gas, Öl oder Feststoffen betrieben werden kann. Dabei werden vorzugsweise Biogas, Pflanzenöl oder nachwachsende Feststoffe eingesetzt. Die Wärmequelle 40 wird an einer vorgegebenen Stelle an der warmen Seite des Motors 20 positioniert und in Betrieb genommen. Ist die gesamte Vorrichtung 10 in einem Gehäuse untergebracht, wird die Wärmequelle 40 so in das Gehäuse eingebracht, dass eine ausreichende Lüftung gewährleistet ist. Dies kann beispielsweise durch geeignete Lüftungsschlitze erfolgen. Die warme Seite des Motors 20 kann jedoch auch aus einem Gehäuse herausragen, so dass die Wärmequelle 40 lediglich darunter platziert werden muss.
  • Die im Stirlingmotor erzeugte mechanische Energie wird einem elektrischen Generator 30 zugeführt, welcher diese Bewegungsenergie in Energie in Form von Elektrizität umwandelt. Der Generator kann daher beispielsweise an ein Stromnetz oder direkt an einen oder mehrere Verbraucher angeschlossen sein.
  • Vorzugsweise kann die Wärme der Wärmequelle 40 bzw. die Abwärme des Stirlingmotors 20 gleichzeitig zum Kochen verwendet werden, so dass beim Kochvorgang elektrischer Strom erzeugt werden kann. Eine Kochstelle 50 befindet sich dabei vorzugsweise oberhalb der Wärmequelle 40 und der warmen Seite des Heißgasmotors 20. Da die Abwärme des Stirlingmotors sehr hoch ist, reichen die dort herrschenden Temperaturen aus, um eine Kochstelle zu betreiben. Durch diese Nutzung der Abwärme lässt sich der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung steigern.
  • Alternativ zu einer Kochstelle kann die Wärme der Wärmequelle 40 und/oder die Abwärme des Stirlingmotors 20 auch zum Erhitzen eines Backofens 51 genutzt werden, wie es in 2 dargestellt ist. Der Backofen ist vorzugsweise aus Schamott oder einem ähnlichen Material mit einer hohen Wärmekapazität gefertigt. Dies ermöglicht eine Nutzung des Backofens auch über die Betriebszeit des Stromerzeugers hinaus. Der Vorteil einer solchen Abwärmenutzung liegt ebenfalls in der Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads der Vorrichtung.
  • Als weitere Alternative ist es möglich, den Abwärmestrom des Stirlingmotors 20 und/oder Teile der Wärme der Wärmequelle 40 einem Wärmetauscher 60 zuzuführen, welcher damit ein Fluid wie beispielsweise Brauchwasser erwärmen kann. Dies ist in 3 dargestellt, während 4 eine weitere Verwendung der überschüssigen Wärme des Stirlingmotors zeigt, bei der die Abwärme und/oder auch Teile der Wärme der Wärmequelle 40 einer Kältemaschine 70 zugeführt werden. Bei der Kältemaschine 70 kann es sich beispielsweise um eine Absorptionskältemaschine handeln, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist, so dass sie an dieser Stelle nicht ausführlich erläutert wird. Die Kältemaschine nutzt den zugeführten Wärmestrom, um thermische Energie zu transportieren und so einen Raum zu kühlen. Beispielsweise kann sie als Kühlschrank oder zur Raumkühlung in Gebäuden eingesetzt werden.
  • Die Nutzung des Abwärmestroms zur Kühlung erhöht ebenfalls den Gesamtwirkungsgrad des Systems. Besonders bevorzugt ist dabei jedoch die Kühlung der kalten Seite 21 des Stirlingmotors, wie sie schematisch in 4 dargestellt ist. Durch die Kühlung lässt sich die Temperaturdifferenz zwischen der warmen Seite 22 und der kalten Seite 21 des Stirlingmotors erhöhen, was den Wirkungsgrad des Stirlingmotors erhöht. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Wärmetauscher für den Stirlingmotor und die Absorptionskälteanlage in einem gemeinsamen Brennraum eingesetzt.
  • Wird am Generator 30 keine elektrische Leistung abgenommen, kann dies dazu führen, dass die Drehzahl des Stirlingmotors 20 unkontrolliert ansteigt. Dies wiederum bedingt einen extrem hohen Materialverschleiß, der nach kurzer Zeit zum Totalausfall des Motors führt. Um dies zu verhindern, kann ein Drehzahlsensor 31 eingesetzt werden, welcher die Drehzahl des Stirlingmotors kontinuierlich misst und ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit 33 gibt, wie es in 5 dargestellt ist. Dieses Steuergerät schaltet bei Überschreiten einer maximal zulässigen Drehzahl über einen Regelungsanschluss 32 einen Lastwiderstand auf den Generator, wodurch ein weiterer Anstieg der Drehzahl verhindert wird. Die am Lastwiderstand abgenommene elektrische Leistung kann wiederum abgeführt und in geeigneter Form verwendet werden. Sie kann beispielsweise zum Erhitzen einer elektrischen Kochplatte 50 genutzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Lastwiderstand durch einen Fliehkraftregler zugeschaltet. Weiterhin kann die Drehzahl des Motors auch direkt durch eine Fliehkraftbremse reduziert werden. Dies hat den Vorteil, dass der Motor auch bei einem Defekt der mechanischen Verbindung zwischen Motor und Generator zuverlässig abgebremst wird.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 6 dargestellt. Hierbei ist eine Luftführung 90 vorgesehen, mit welcher dem Kompressionszylinder 21' der kalten Seite ein Außenluftstrom 80 zugeführt wird. Die Luftführung besteht beispielsweise aus thermisch isolierten Führungsblechen, welche so angeordnet sind, dass sie über die Thermik im System eine Kaminwirkung erzeugen, um die Außenluft dem Kompressionszylinder 21' zuzuführen. Durch die thermische Isolierung der Führungsbleche wird erreicht, dass die kalte Seite des Stirlingmotors direkt die zur Verfügung stehende Außenluft erhält, ohne dass diese zuvor durch Kontakt mit heißen Teilen erwärmt wurde. Durch die isolierten Lüftungsbleche wird die kalte Seite des Stirlingmotors ferner thermisch von der warmen Seite getrennt.
  • Die Zufuhr der Außenluft zum Stirlingmotor kann ferner durch ein Gebläse bzw. einen mechanischen Lüfter unterstützt werden, mit dem Außenluft angesaugt wird. Das Gebläse kann beispielsweise elektrisch angetrieben und erst aktiviert werden, wenn der Stirlingmotor über den Generator 30 Strom erzeugt. Ein Teil des vom Generator 30 erzeugten Stroms wird dann für den Antrieb des Gebläses verwendet. Möglich ist es auch, das Gebläse bereits beim Start des Stirlingmotors zu aktivieren. Da zu diesem Zeitpunkt vom Generator noch kein Strom erzeugt wird, kann das Gebläse beispielsweise manuell über eine Kurbel betrieben werden, bis der Generator 30 den Strom bereitstellen kann. Der Nutzer kann den manuellen Betrieb des Gebläses dann einstellen und der Generator übernimmt den Antrieb. In diesem Fall wäre das Gebläse so konstruiert, dass es sowohl manuell als auch elektrisch angetrieben werden kann und ein möglichst stufenloser Übergang zwischen beiden Antriebsarten erfolgen kann. Alternativ kann auch eine Stromquelle wie eine Batterie oder ein Akku vorgesehen sein, mit welcher/welchem das Gebläse beim Start des Stirlingmotors solange betrieben werden kann, bis der Generator die Stromversorgung übernimmt.
  • Ferner ist im Ausführungsbeispiel der 6 vorgesehen, dass die Außenluft nach der Aufnahme von Wärme vom Kompressionszylinder 21' der Wärmequelle 40 als vorgewärmte Verbrennungsluft 81 zugeführt wird. Dies erfolgt vorzugsweise erneut durch isolierte Führungsbleche 90. Der Abluftstrom 81 wird der Wärmequelle 40 dabei so zugeführt, dass dadurch ein höheres Temperaturniveau und damit ein höherer Gesamtwirkungsgrad erreicht werden. Die Zuführung erfolgt dabei beispielsweise direkt in die Flamme der Wärmequelle, wie es im Ausführungsbeispiel der 6 schematisch dargestellt ist. Je nach Bauart der Wärmequelle kann es auch vorgesehen sein, die Luft in das Gehäuse der Wärmequelle einzuspeisen, so dass sie sich innerhalb der Wärmequelle mit dem Verbrennungsgas mischt und anschließend verbrannt wird. Bei einer Wärmequelle nach dem Prinzip eines Bunsenbrenners kann die vorgewärmte Luft der Wärmequelle so zugeführt werden, dass das strömende Brenngas die vorgewärmte Luft geeignet ansaugen kann.
  • Die Zuführung der vorgewärmten Luft hängt somit stark von der Art der gewählten Wärmequelle ab. Ist es bei dem erfindungsgemäßen Stirlingmotor vorgesehen, dass an der warmen Seite unterschiedliche Wärmequellen eingesetzt werden können, kann es vorteilhaft sein, dass auch die Zuführung des vorgewärmten Luftstroms 81 zur Wärmequelle unterschiedlich gestaltet werden kann. Beispielsweise können die Führungsbleche 90 so ausgebildet sein, dass sich ihre Position manuell verändern lässt, um die Strömungsrichtung der vorgewärmten Luft an die Größe und die Position der jeweiligen Wärmequelle anpassen zu können. Ferner kann am Ende der Luftführung ein Adapteraufsatz angebracht sein, an den unterschiedliche Wärmequellen angeschlossen werden können.
  • Ferner ist jegliche Kombination der Ausführungsbeispiele der 16 oder einzelner Komponenten hiervon möglich.
  • 10
    Vorrichtung
    20
    Heißgasmotor, Stirlingmotor
    21
    Kalte Seite
    21
    Kompressionszylinder
    22
    Warme Seite
    22'
    Arbeitszylinder
    30
    Generator
    31
    Drehzahlmesser
    32
    Regelungsanschluss
    33
    Steuereinheit
    40, 40'
    Wärmequelle, Kochstelle
    50
    Kochstelle, elektrische Kochplatte
    51
    Backofen
    60
    Wärmetauscher
    70
    Kältemaschine, Absorptionskältemaschine
    80
    Zuluftstrom/Außenluftstrom
    81
    Abluftstrom
    90
    Luftführungsbleche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4019856 A1 [0006]
    • - DE 2933067 A1 [0007]

Claims (9)

  1. Vorrichtung (10) zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität, umfassend einen Heißgasmotor (20) nach dem Sterlingprinzip in Verbindung mit einem elektrischen Generator (30), wobei der Heißgasmotor (20) thermische Energie einer externen Wärmequelle (40) in mechanische Energie umwandelt, welche dem elektrischen Generator (30) zugeführt wird, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass beliebige und austauschbare externe Wärmequellen (40) an der heißen Seite (21) des Heißgasmotors (20) anbringbar sind, wobei wenigstens ein Teil der Wärme der externen Wärmequelle (40) und/oder der Abwärme des Heißgasmotors (20) ferner einem externen Aggregat (50; 51; 60; 70) zugeführt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmequelle (40) eine Kochstelle ist, die mit Pflanzenöl, Biogas oder nachwachsenden Feststoffen betrieben wird.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, das das externe Aggregat eine Kochstelle (50) und/oder ein Backofen (51) ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Aggregat ein Wärmetauscher (60) ist, mit dem ein Fluid erwärmt wird.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Aggregat eine Kältemaschine (70) ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (70) zur Kühlung der kalten Seite (22) des Heißgasmotors (20) eingesetzt wird.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (70) eine Absorptionskältemaschine ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlmesser (31) fortlaufend die Drehzahl des Heißgasmotors (20) erfasst und an ein Steuergerät (33) übermittelt, welches bei Überschreiten einer maximal zulässigen Drehzahl einen Lastwiderstand auf den Generator (30) schaltet.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasmotor (20) einen Fliehkraftregler aufweist, der bei Überschreiten einer maximal zulässigen Drehzahl einen Lastwiderstand auf den Generator (30) schaltet.
DE102008039020A 2008-08-21 2008-08-21 Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität Ceased DE102008039020A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008039020A DE102008039020A1 (de) 2008-08-21 2008-08-21 Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008039020A DE102008039020A1 (de) 2008-08-21 2008-08-21 Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008039020A1 true DE102008039020A1 (de) 2010-02-25

Family

ID=41566663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008039020A Ceased DE102008039020A1 (de) 2008-08-21 2008-08-21 Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008039020A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2444741A3 (de) * 2010-10-25 2014-05-14 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Gasbackofen
EP2444742A3 (de) * 2010-10-25 2014-05-21 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Wärmespeicherherd
CN104783648A (zh) * 2015-03-18 2015-07-22 刘甄 烟气加热炉
DE102015010856A1 (de) 2015-08-18 2017-02-23 Christian Blank Kombination einer modifizierten Absorptionskältemaschine mit einer Wärmekraftmaschine zur Umwandlung einer vorliegenden und/oder herbeigeführten thermischen Energie in mechanische Arbeit

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2933067A1 (de) 1979-08-16 1981-02-26 Volkrodt Wolfgang Ofen-stromerzeugungsaggregat
DE3502308A1 (de) * 1984-01-19 1985-10-10 Klaus Ing Grad Kramer Dezentrale stromversorgung durch waerme-stromkopplung mit stirling-motor
DE4019856A1 (de) 1990-06-22 1992-01-02 Christian Kossack Transportables heizsystem fuer outdoor-anwendungen
DE10035289A1 (de) * 1999-09-27 2001-03-29 Matthias Bauer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie mit einer mit äußerer Verbrennung arbeitenden Wärmekraftmaschine
GB2406619A (en) * 2003-10-02 2005-04-06 Rolls Royce Plc An appliance in combination with a co-generation system incorporating a Stirling engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2933067A1 (de) 1979-08-16 1981-02-26 Volkrodt Wolfgang Ofen-stromerzeugungsaggregat
DE3502308A1 (de) * 1984-01-19 1985-10-10 Klaus Ing Grad Kramer Dezentrale stromversorgung durch waerme-stromkopplung mit stirling-motor
DE4019856A1 (de) 1990-06-22 1992-01-02 Christian Kossack Transportables heizsystem fuer outdoor-anwendungen
DE10035289A1 (de) * 1999-09-27 2001-03-29 Matthias Bauer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie mit einer mit äußerer Verbrennung arbeitenden Wärmekraftmaschine
GB2406619A (en) * 2003-10-02 2005-04-06 Rolls Royce Plc An appliance in combination with a co-generation system incorporating a Stirling engine

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2444741A3 (de) * 2010-10-25 2014-05-14 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Gasbackofen
EP2444742A3 (de) * 2010-10-25 2014-05-21 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Wärmespeicherherd
US8973568B2 (en) 2010-10-25 2015-03-10 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Gas oven
CN104783648A (zh) * 2015-03-18 2015-07-22 刘甄 烟气加热炉
DE102015010856A1 (de) 2015-08-18 2017-02-23 Christian Blank Kombination einer modifizierten Absorptionskältemaschine mit einer Wärmekraftmaschine zur Umwandlung einer vorliegenden und/oder herbeigeführten thermischen Energie in mechanische Arbeit
DE102015010856B4 (de) 2015-08-18 2022-12-08 Christian Blank Kombination einer modifizierten Absorptionskältemaschine mit einer Wärmekraftmaschine zur Umwandlung einer vorliegenden und/oder herbeigeführten thermischen Energie in mechanische Arbeit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4006742C2 (de)
DE2249203A1 (de) Heizungsanlage
DE102008039020A1 (de) Vorrichtung zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Energie in Form von Elektrizität
DE102010047518A1 (de) Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine
EP2876280B1 (de) Mikrogasturbinenanordnung
DE102007027725A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Nutz-Wärme und/oder Nutz-Kälte
EP0305416A1 (de) Vorrichtung zur wärmegewinnung unter verwendung einer wärmepumpenanlage.
DE102009010420B4 (de) Heizungsvorrichtung zum Beheizen eines Gebäudes mittels einer Verbrennungskraftmaschine
DE2919237A1 (de) Waermepumpenaggregat
DE202009016299U1 (de) Anlage zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme
DE19613802B4 (de) Haus- oder Raumheizungssystem
DE1288615B (de) Vorrichtung zur Kuehlung einer Kammer
DE102009060887A1 (de) System zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie
DE3032921A1 (de) Kombination eines waermekraftmaschinen- und eines waermepumpenkreises
DE202012011715U1 (de) Vorrichtung zum Bereitstellen von Nutzwärme zum Beheizen eines Volumens sowie Verwendung einer Kraftwärmemaschine dabei
DE102014010789A1 (de) Energieversorgungsaggregat zur Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie sowie Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie
DE102013110597A1 (de) Anlage zur Erzeugung von Strom sowie Druckluft, Wärme und Kälte
EP0664381B1 (de) Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf
DE10300591A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und zur regenerativen Nutzung von Wärmeenergie
DE102009020421B4 (de) Antriebssystem für ein Fahrzeug
DE2724877A1 (de) Verfahren bzw. einrichtung zur erzeugung von waermeenergie zu heizzwecken unter verwendung eines brennstoff-luft- gemisches
DE19714824A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Block-Heizkraftwerksanlage
DE4000997C2 (de) Heizvorrichtung mit Kompressor
DE102006038284B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines pflanzenöl-betriebenen Verbrennungsmotors
DE202009002103U1 (de) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DEUTSCHE POST AG, 53113 BONN, DE

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20120821