DE102008057989A1 - Heating system with additional free electrical energy - Google Patents

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Abstract

Die Besonderheit des hier vorgestellten Heizsystems besteht darin, dass gegenüber aller bekannten Heizsysteme ein Stirlingmotor zwischen Heizkammer und Heizkessel integriert wird, welcher durch die Wärmeenergie zwar angetrieben wird, diese aber unvermindert an das Heizsystem weiterleitet und somit keine Energie verbraucht, sodass keinerlei Einfluss auf die Heizleistung oder auf die Energieaufnahme, noch auf den Schadstoffausstoß der bestehenden Heizanlage genommen wird. Der mit dem Stromgenerator über den Stirlingmotor gewonnene Strom ist somit Ökostrom.The peculiarity of the heating system presented here is that compared to all known heating systems, a Stirling engine is integrated between the heating chamber and boiler, which is indeed driven by the heat energy, but this continues unabated to the heating system and thus consumes no energy, so no effect on the heating power or on the energy consumption, nor on the pollutant emissions of the existing heating system is taken. The electricity generated by the power generator via the Stirling engine is thus green electricity.

Description

Heizanlagen mit elektrischer Energiegewinnung sind bekannt und wurden bereits in zahlreichen Publikationen und Patentanmeldungen beschrieben.heating equipment With electric power generation are known and have already been described in numerous publications and patent applications.

Besondere Aufmerksamkeit erregen seit einigen Jahren die so genannten Blockheizkraftwerke, deren Besonderheit darin besteht, dass sie sehr teuer sind, und dass sie gerade einmal eine Energieausbeute von maximal 80 bis 93% erzielen. Die gewünschte elektrische Energie wird durch Verbrennungsmotoren; die einen Generator antreiben; erzeugt.Special Attention has been attracting the so-called cogeneration power plants, whose Peculiarity is that they are very expensive and that they are just achieve a maximum energy yield of 80 to 93%. The desired electrical energy is generated by internal combustion engines; the one generator drive; generated.

Blockheizkraftwerke basieren auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung; ein Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die dabei entstehende Wärme wird über einen Wärmetauscher dem Heizsystem zugeführt. Gängige fossile Brennstoffe in Blockheizkraftwerken sind Diesel, Heizöl oder Gas. Aber auch regenerative Energieträger, wie Biogas, Biodiesel, Rapsöl und neuerdings auch Holzpellets können eingesetzt werden.cogeneration are based on the principle of combined heat and power; an internal combustion engine drives a generator that generates electricity. The resulting Heat gets over one heat exchangers fed to the heating system. Common fossil Fuels in combined heat and power plants are diesel, heating oil or gas. But also renewable energy sources, such as biogas, biodiesel, rapeseed oil and recently also wood pellets can be used.

Brennwertheizanlagen hingegen erreichen einen Wirkungsgrad von nahezu 100% und sind bei gleicher Heizleistung rund 80% günstiger in der Anschaffung als Blockheizkraftwerke.Condensing heating systems In contrast, they achieve an efficiency of almost 100% and are the same Heating capacity around 80% cheaper in the acquisition as cogeneration units.

Vergleicht man nun noch den erforderlichen Wartungsaufwand beider Systeme und die damit verbundenen Kosten, so stellt sich die Frage; was wird denn wirklich mit den Blockheizkraftwerken erreicht?comparing Now you have the required maintenance of both systems and the associated costs, that raises the question; what will happen? really achieved with the combined heat and power plants?

Unter Brennwerttechnik versteht man das Herunterkühlen des Abgases bis zur Kondensatbildung. Die dabei freigesetzte Energie wird dem Heizkreislauf zugeführt. Dies erfolgt bei einem herkömmlichen Kessel nicht, denn dort wird die im Kondensat enthaltene Energie über den Schornstein in die Umwelt abgeführt.Under Condensing technology is understood as the cooling down of the exhaust gas to condensation. The released energy is fed to the heating circuit. This takes place in a conventional Boiler not, because there is the energy contained in the condensate over the Chimney discharged into the environment.

Die Brennwerttechnik lässt sich grundsätzlich bei jedem Brennstoff einsetzen. Derzeit hat sie sich aber nur bei gasbefeuerten Anlagen durchgesetzt, da bei der Verbrennung von Gas mehr Wasser freigesetzt wird als bei Öl oder Kohle. Kohle und Öl haben den Nachteil, dass bei deren Verbrennung der im Brennstoff enthaltene Schwefel die Kesselwandungen und den Schornstein angreift und somit die Lebensdauer des Materials extrem vermindert.The Condensing technology leaves basically use with every fuel. At the moment, however, she has only joined Gas-fired plants enforced because of the combustion of gas more water is released than with oil or coal. Have coal and oil the disadvantage that when they burn the contained in the fuel Sulfur attacks the boiler walls and the chimney and thus the life of the material is extremely reduced.

Eine Vielzahl weiterer Ideen zum Thema Kraft-Wärme-Kopplung, sind zum Patent angemeldet oder geistern durch die Medien. Deren Verwirklichungen aber auch keine wesentlich effekttiefere Energieausbeute in Aussicht stellen, sie sind einfach nur anders.A Many other ideas on the subject of combined heat and power are patented logged in or haunted by the media. Their realizations but also no much lower energy yield in view put, they are just different.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde; die Energieausbeute bekannter Heizungssysteme wesentlich zu steigern, sodass eine Gesamtwirkleistung von über 150% erreicht wird, ohne die Heizleistung der erwähnten Heizsysteme zu beeinträchtigen oder diese gar zu mindern. Ein erhöhter Energieaufwand oder Schadstoffausstoß ist ausgeschlossen.Of the Invention is therefore the object of the invention; the energy yield well known heating systems significantly, so that a total active power from above 150% is achieved, without the heating power of the mentioned heating systems to impair or even to reduce it. An increased energy consumption or pollutant emissions is excluded.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Heizkessel einer beliebigen Heizungsanlage nicht mehr direkt von der Brennkammer erwärmt wird, sondern dass die Wärmeenergie dem Heizkessel über einen oder mehrere Verdrängungszylinder eines Stirlingmotors zugeführt wird.to solution this object, the invention provides that the boiler of a any heating system is no longer heated directly from the combustion chamber, but that the heat energy over the boiler one or more displacement cylinders supplied to a Stirling engine becomes.

Durch diese Veränderung bleibt gewährleistet, dass die gesamte; in der Brennkammer erzeugte Wärmeenergie; dem Heizkessel verlustfrei zugeführt wird, und dass über den oder die Verdrängungszylinder ein Stirlingmotor angetrieben wird.By this change remains guaranteed that the whole; heat energy generated in the combustion chamber; the boiler is fed loss-free, and that over the displacement cylinder or cylinders a Stirling engine is driven.

Der Heizkessel dient gleichermaßen zur Aufnahme der Wärmeenergie und somit auch zur Abkühlung des Arbeitsmediums des Stirlingmotors, in dem der Heizkessel vorzugsweise auf einen Niedertemperaturheizsystem 40° bis 60°C eingestellt ist. Die mit dem Stirlingmotor gewonnene mechanische Energie wird sinnvollerweise zum Antrieb eines Stromgenerators verwendet.Of the Boiler is used equally for absorbing the heat energy and thus also for cooling the working medium of the Stirling engine in which the boiler is preferably is set to a low temperature heating system 40 ° to 60 ° C. The with the Stirling engine won mechanical energy is useful used to drive a power generator.

Auf Grund der hohen Wirkungsgrade des Stirlingmotors, sowie des Generators, ist in jeder Leistungsstufe der verschiedenen Heizungssysteme, ein proportional zur Heizleistung gesehen entsprechend hoher Anteil an Ökostrom zu gewinnen.On Reason for the high efficiency of the Stirling engine, as well as the generator, is in every power level of the different heating systems, one proportional to the heating power seen correspondingly high proportion to green electricity to win.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Ansprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.Further Features of the invention will become apparent from the description and the claims Connection with the drawing.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Aufführungsbeispieles das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben.The Invention will be described below with reference to a performance example in the Drawing is shown, closer described.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1: Einen Schnitt durch das hier anzumeldende Heizsystem;

  • Pos. 1 Eine Brennkammer, in der die Wärmeenergie durch Verbrennung für das Heizsystem erzeugt wird.
  • Pos. 2 Einen Verdrängungszylinder, der mit seinem Hochtemperaturbereich in die Brennkammer (1) hineinragt und mit seinem Niedertemperaturbereich in den Heizkessel hinein ragt.
  • Pos. 3 Einen Verdrängungskolben, der durch auf und ab Bewegungen das Arbeitsmedium vom Hochtemperaturbereich in den Niedertemperaturbereich und umgekehrt verdrängt.
  • Pos. 4 Einen Heizkessel, der dem Arbeitsmedium zur Abkühlung dient.
  • Pos. 5 Einen Anschluss für den Heizwasserrücklauf.
  • Pos. 6 Einen Anschluss für den Heizwasservorlauf.
  • Pos. 7 Eine Verbindungsleitung, durch die das Arbeitsmedium vom Verdrängungszylinder (2) zum Arbeitszylinder (8) und zurückströmt.
  • Pos. 8 Einen Arbeitszylinder
  • Pos. 9 Einen Arbeitskolben, der durch die Expansion und Kontraktion des Arbeitsmediums das Stirlingsystem antreibt.
  • Pos. 10 Eine Schwungmasse, die für den Gleichlauf des Stirlingmotors sorgt.
  • Pos. 11 Einen Arbeitsgelenkhebel, der die Kraft vom Arbeitskolben (9) auf die Schwungmasse (10) überträgt.
  • Pos. 12 Einen Verdrängungsgelenkhebel, der die Kraft von der Schwungmasse (10) auf die Verdrängungskolbenstange (3) überträgt.
  • Pos. 13 Eine Verdrängungskolbenstange, die ihren Antrieb vom Verdrängungsgelenkhebel (12) erhält, und mit dem Verdrängungskolben (3) starr verbunden ist, sodass die Verdrängung im Verdrängungszylinder (2) vollzogen wird.
  • Pos. 14 Die Isolierung des Gesamtsystems.
  • Pos. 15 Ein elektrisches Zusatzheizelement.
  • Pos. 16 Ein Stromgenerator, der vom Stirlingmotor angetrieben wird und somit elektrischen Strom erzeugt.
1 : A section through the heating system to be registered here;
  • Pos. 1 A combustion chamber in which the heat energy is generated by combustion for the heating system.
  • Pos. 2 A displacement cylinder with its high temperature range in the combustion chamber ( 1 protrudes and protrudes with its low temperature range in the boiler inside.
  • Pos. 3 A displacement piston that displaces the working fluid from the high-temperature range to the low-temperature range and vice versa by up and down movements.
  • Pos. 4 A boiler, the working medium for Cooling serves.
  • Pos. 5 One connection for the heating water return.
  • Pos. 6 One connection for the heating water supply.
  • Pos. 7 A connecting line through which the working medium from the displacement cylinder ( 2 ) to the working cylinder ( 8th ) and flows back.
  • Pos. 8th A working cylinder
  • Pos. 9 A working piston that drives the Stirling system through the expansion and contraction of the working fluid.
  • Pos. 10 A flywheel, which ensures the synchronization of the Stirling engine.
  • Pos. 11 An articulated lever that releases the power from the working piston ( 9 ) on the flywheel ( 10 ) transmits.
  • Pos. 12 A displacement linkage lever that absorbs the force from the flywheel ( 10 ) on the displacement piston rod ( 3 ) transmits.
  • Pos. 13 A displacement piston rod, which is powered by the displacement linkage lever ( 12 ), and with the displacement piston ( 3 ) is rigidly connected, so that the displacement in the displacement cylinder ( 2 ) is performed.
  • Pos. 14 The isolation of the whole system.
  • Pos. 15 An electric auxiliary heating element.
  • Pos. 16 A power generator powered by the Stirling engine to generate electrical power.

Beschreibung:Description:

Die Besonderheit des anzumeldenden Heizsystems besteht darin, dass hier gegenüber aller bekannten Heizsysteme ein Stirlingmotor zwischen Heizkammer und Heizkessel integriert wird; welcher durch die Wärmeenergie zwar angetrieben wird; diese aber unvermindert an das Heizsystem weiter leitet und somit keinerlei Einfluss auf die Heizleistung oder auf die Energieaufnahme noch auf den Schadstoffausstoß der bestehenden Heizanlage nimmt.The Special feature of the heating system to be registered is that here across from all known heating systems a Stirling engine between heating chamber and boiler is integrated; which by the heat energy while being driven; but this unabated to the heating system continues to conduct and thus no influence on the heating power or on the energy intake nor on the pollutant emissions of the existing Heating system takes.

Ein Stirlingmotor besteht aus mindestens einem mindestens einfach wirkenden Arbeitszylinder (8) gemäß 1, mit Arbeitskolben (9), mindestens einem Verdrängungszylinder (2) mit Verdrängungskolben (3), mindestens einer Verbindungsleitung (7), mindestens einem Arbeits-Schwenkhebel (11), mindestens einem Verdrängungs-Schwenkhebel (12) und einer Schwungmasse (10).A Stirling engine consists of at least one at least single acting cylinder ( 8th ) according to 1 , with working piston ( 9 ), at least one displacement cylinder ( 2 ) with displacement piston ( 3 ), at least one interconnector ( 7 ), at least one working pivot lever ( 11 ), at least one displacement pivoting lever ( 12 ) and a flywheel ( 10 ).

Der Verdrängungszylinder (2) gemäß 1, die Verbindungsleitung (7) und der Arbeitszylinder (8) sind gasdicht mit einander verbunden. Somit entsteht ein in sich geschlossenes Arbeitsvolumen in dem sich das Arbeitsmedium; ein Gas oder Luft; befindet.The displacement cylinder ( 2 ) according to 1 , the connection line ( 7 ) and the working cylinder ( 8th ) are connected gas-tight with each other. This creates a self-contained working volume in which the working medium; a gas or air; located.

Hat der Verdrängungskolben (3) gemäß 1, das Arbeitsmedium in den Hochtemperaturbereich des Verdrängungszylinders (2) verdrängt, expandiert das Arbeitsmedium durch die Wärmeaufnahme, strömt über die Verbindungsleitung (7) in den Arbeitszylinder (8) und schiebt den Arbeitskolben (9) an.Does the displacement piston ( 3 ) according to 1 , the working medium in the high temperature region of the displacement cylinder ( 2 ) displaced, the working fluid expands through the heat absorption, flows through the connecting line ( 7 ) in the working cylinder ( 8th ) and pushes the power piston ( 9 ) at.

Durch die Verbindung des Arbeitskolbens (9) gemäß 1, mit dem Verdrängungskolben (3) über die Schwenkhebel (11) und (12) an der Schwungmasse (10), verdrängt der Verdrängungskolben (3) das Arbeitsmedium wieder in den Niedertemperaturbereich des Verdrängungszylinders (2), wo das Arbeitsmedium seine thermische Energie an den Heizkessel abgibt, somit wieder kontrahiert und durch den dadurch entstehenden Unterdruck den Arbeitskolben wieder zurück zieht.By the connection of the working piston ( 9 ) according to 1 , with the displacement piston ( 3 ) via the swivel lever ( 11 ) and ( 12 ) on the flywheel ( 10 ), displaces the displacement piston ( 3 ) the working medium back into the low temperature range of the displacement cylinder ( 2 ), where the working fluid emits its thermal energy to the boiler, thus contracted again and pulls back the working piston by the resulting negative pressure.

In die Brennkammer (1) einer beliebigen Heizanlage gemäß 1, ragt der Hochtemperaturbereich eines oder mehrerer Verdrängungszylinder (2) eines Stirlingmotors hinein, sodass das Arbeitsmedium dort die Wärmeenergie aufnimmt, diese dann durch den Verdrängungskolben (3) dem Heizkessel (4) zugeführt wird.In the combustion chamber ( 1 ) of any heating system according to 1 , the high temperature range of one or more displacement cylinders ( 2 ) of a Stirling engine, so that the working medium absorbs the heat energy there, then through the displacement piston ( 3 ) the boiler ( 4 ) is supplied.

Der Heizkessel (4) gemäß 1, entzieht die Wärmeenergie dem Arbeitsmedium und senkt somit die Temperatur des Arbeitsmediums auf einen voreingestellten Niedertemperaturheizwert; vorzugsweise 40° bis 60°C; ab. Anschließend wird das abgekühlte Arbeitsmedium durch den Verdrängungskolben (3) wieder dem Hochtemperaturbereich des Verdrängungszylinders (2) zugeführt, wo es wieder Wärmeenergie aufnimmt, sodass sich der beschriebene Kreislauf bis zu 3000-mal pro Minute wiederholen kann.The boiler ( 4 ) according to 1 removes the heat energy from the working medium and thus lowers the temperature of the working medium to a preset low-temperature heating value; preferably 40 ° to 60 ° C; from. Subsequently, the cooled working medium through the displacement piston ( 3 ) again the high temperature region of the displacement cylinder ( 2 ), where it absorbs heat energy again, so that the described cycle can be repeated up to 3000 times per minute.

Ein zusätzliches elektrisches Heizelement (15) gemäß 1, welches den Hochtemperaturbereich des oder der Verdrängungszylinder (2) umschließt, dient; unter Verwendung des kostenlos gewonnenen Stroms; als Unterstützung der Wärmeerzeugung und vermindert somit deutlich die Brennstoffzufuhr zur Heizanlage.An additional electric heating element ( 15 ) according to 1 which determines the high-temperature region of the displacement cylinder or cylinders ( 2 ) encloses, serves; using the electricity obtained free of charge; in support of the heat generation and thus significantly reduces the fuel supply to the heating system.

Die durch den Stirlingmotor und den Stromgenerator entstehende Reibungswärme, kann durch die Isolierung (14) gemäß 1, nicht entweichen, sodass diese vom Heizkessel absorbiert wird und damit dem Heizsystem weitere thermische Energie zugeführt wird. Die Isolierung (14) dient auch als Schallschutz.The frictional heat generated by the Stirling engine and the power generator can be absorbed by the insulation ( 14 ) according to 1 , do not escape, so that it is absorbed by the boiler and thus the heating system more thermal energy is supplied. The insulation ( 14 ) also serves as soundproofing.

Claims (4)

Heizungsanlage mit zusätzlicher, kostenloser elektrischer Energiegewinnung dadurch gekennzeichnet, dass ein integrierter Stirlingmotor von der thermischen Energie der Heizanlage angetrieben wird, ohne auch nur den geringsten Teil dieser Energie zu verbrauchen. Und dass dadurch kein Einfluss auf die Heizeigenschaften, oder auf den Energiebedarf der Heizanlage genommen wird.Heating system with additional, free electrical energy production, characterized in that an integrated Stirling engine is driven by the thermal energy of the heating system, without consuming even the slightest part of this energy. And that this does not affect the heating properties, or the energy the heating system may be taken. Heizungsanlage mit zusätzlicher, kostenloser elektrischer Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem beliebigen Heizsystem, die Brennkammer (1) und der Heizkessel (2) getrennt voneinander angeordnet und nur über einen oder mehrere Verdrängungszylinder (2) eines Stirlingmotors miteinander verbunden sind, in dem der Hochtemperaturbereich eines oder mehrerer Verdrängungszylinder (2) in die Brennkammer (1) hineinragt, und dass der Niedertemperaturbereich eines oder mehrerer Verdrängungszylinder (2) in den Heizkessel hineinragt.Heating system with additional, free electrical energy generation according to claim 1, characterized in that in any heating system, the combustion chamber ( 1 ) and the boiler ( 2 ) separated from each other and only one or more displacement cylinder ( 2 ) of a Stirling engine, in which the high-temperature region of one or more displacement cylinders ( 2 ) in the combustion chamber ( 1 ) and that the low-temperature region of one or more displacement cylinders ( 2 ) protrudes into the boiler. Heizungsanlage mit zusätzlicher, kostenloser elektrischer Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte in der Brennkammer entstandene thermische Energie durch den Verdrängungskolben (3), eines oder mehrerer Verdrängungszylinder (2), eines Stirlingmotors, dem Heizkessel (4) durch Verdrängung verlustfrei zugeführt wird.Heating system with additional, free electrical energy production according to claim 1, characterized in that the entire thermal energy generated in the combustion chamber by the displacement piston ( 3 ), one or more displacement cylinders ( 2 ), a Stirling engine, the boiler ( 4 ) is supplied lossless by displacement. Heizungsanlage mit zusätzlicher, kostenloser elektrischer Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Stirlingmotor und den Stromgenerator (16) kostenlos gewonnene elektrische Energie; über ein elektrisches Heizelement (15) oder über mehrere elektrische Heizelemente (15) die, die Hochtemperaturbereiche der Verdrängungszylinder (2) umschließen; zur Unterstützung der Wärmeerzeugung verwendet wird, sodass die Brennstoffzufuhr zur Heizanlage wesentlich reduziert werden kann. Die nachfolgende Zeichnung 1, ist beispielhaft und erhebt nicht den Anspruch auf Proportionalität oder auf konstruktive Korrektheit.Heating system with additional, free electrical energy generation according to claim 1, characterized in that by the Stirling engine and the power generator ( 16 ) free won electrical energy; via an electric heating element ( 15 ) or via several electrical heating elements ( 15 ), the high-temperature areas of the displacement cylinders ( 2 ) enclose; is used to support the heat generation, so that the fuel supply to the heating system can be significantly reduced. The following drawing 1 , is exemplary and does not claim to be proportional or constructive correct.
DE102008057989A 2008-11-19 2008-11-19 Heating system with additional free electrical energy Withdrawn DE102008057989A1 (en)

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