DE102012214538A1 - Combined heat and power plant - Google Patents

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Abstract

Eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit einem Verbrennungsmotor (1), dessen Leistungsabgabe mittels Drehzahlvariation regelbar ist und der ein Drosselorgan (35) in seinem Ansaugtrakt (22, 32, 34, 37) aufweist, mit einem Abgaswärmetauscher (11) zur Nutzung der erzeugten Wärme, mit einem elektrischen Generator (2) und einem Umrichter (3) zur Anpassung von Spannung und Frequenz der elektrischen Energie an die Erfordernisse der Verbraucher (8) oder des Stromnetzes (10) wird bezüglich eines optimalen Wirkungsgrades und einer schnellen Anpassung der abgegebenen Leistung an die angeforderte Leistung erfindungsgemäß dadurch verbessert, dass eine regelbare Abgasrückführung (38) mit einem Abgasregelventil (39) am Verbrennungsmotor (1) vorgesehen ist, dass im Zusammenwirken mit dem Drosselorgan (35) die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (1) an den Bedarf elektrischer Leistung oder den Wärmebedarf anpassbar ist, wobei durch eine Steuerung sichergestellt wird, dass der Verbrennungsmotor (1) vorzugsweise bei einem im Wesentlichen konstanten Mitteldruck im Bereich von 5 bar bis 8 bar betrieben wird.A combined heat and power plant with an internal combustion engine (1), the power output of which can be regulated by varying the speed and which has a throttle element (35) in its intake system (22, 32, 34, 37), with an exhaust gas heat exchanger (11) for use the generated heat, with an electrical generator (2) and a converter (3) to adapt the voltage and frequency of the electrical energy to the requirements of the consumer (8) or the power grid (10) is with respect to an optimal efficiency and a quick adaptation of the The output power delivered to the required power is improved according to the invention in that a controllable exhaust gas recirculation (38) with an exhaust gas control valve (39) is provided on the internal combustion engine (1) that, in cooperation with the throttle element (35), the engine speed of the internal combustion engine (1) to the demand electrical power or the heat requirement can be adjusted, with a controller ensuring that the internal combustion engine (1) is preferred s wise is operated at an essentially constant mean pressure in the range of 5 bar to 8 bar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit einem Verbrennungsmotor, dessen Leistungsabgabe mittels Drehzahlvariation regelbar ist und der ein Drosselorgan in seinem Ansaugtrakt aufweist, mit mindestens einem Wärmetauscher, der mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, um die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme einer Nutzung zuzuführen, mit einem durch den Verbrennungsmotor angetriebenen elektrischen Generator, mit einem Umrichter, dessen Eingangsanschluss mit dem elektrischen Generator und dessen Ausgangsanschluss mit lokalen Verbrauchern und/oder einer Einspeiseschnittstelle eines Stromnetzes verbunden ist, wobei der Umrichter die vom Generator erzeugte elektrische Energie in Bezug auf Spannung, Frequenz und Leistungsbedarf an die von den lokalen Verbrauchern oder dem Stromnetz benötigten Werte anpasst.The present invention relates to a combined heat and power plant with an internal combustion engine, the power output is controlled by means of speed variation and having a throttle body in its intake, with at least one heat exchanger, which is connected to the internal combustion engine to the heat generated by the engine of a Use, with an internal combustion engine driven by the electric generator, with an inverter whose input terminal is connected to the electric generator and its output terminal to local consumers and / or a feed interface of a power network, wherein the inverter generates the electrical energy generated by the generator with respect Voltage, frequency and power requirements adapted to the values required by local consumers or the power grid.

Eine derartige Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage ist aus der EP 0 835 411 B1 bekannt. Diese bekannte Anlage regelt die variable Motordrehzahl zur Anpassung der erzeugten Wärme bei offener Drosselklappe mittels Belastung des Generators über eine entsprechende Ansteuerung des Umrichters. Eine derartige Regelung ist für den Inselbetrieb mit lokalen Verbrauchern nicht geeignet, denn die aus der Regelung resultierende Wirk- und Blindleistung muss an die Verbraucher abgegeben werden, unabhängig vom Leistungsbedarf. Beim Inselbetrieb wird aber erwartet, dass sich die Leistung der erzeugten Energie an die Verbraucher anpasst. Des Weiteren erfordert eine Energieversorgungsstruktur mit einer Vielzahl von kleinen Energieerzeugern, dass Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen jeglicher Leistung zur Netzerhaltung beitragen, also insbesondere Netzparameter, wie Netzfrequenz, Netzspannung und angeforderte Wirk- und Blindleistung unterstützen. Dies kann aber die bekannte Anlage nicht garantieren, denn die in ein angeschlossenes Stromnetz einzuspeisende Wirk- und Blindleistung wird durch die Betriebsparameter der bekannten Anlage bestimmt, nicht von den Anforderungen des Netzes.Such a cogeneration plant is out of the EP 0 835 411 B1 known. This known system regulates the variable engine speed for adjusting the heat generated when the throttle is open by means of load on the generator via a corresponding control of the inverter. Such a control is not suitable for island operation with local consumers, because the active and reactive power resulting from the regulation must be delivered to the consumers, regardless of the power requirement. In island operation, however, it is expected that the power of the generated energy adapts to the consumers. Furthermore, a power supply structure with a large number of small energy producers requires that cogeneration plants of any capacity contribute to grid maintenance, thus in particular supporting grid parameters such as grid frequency, grid voltage and requested active and reactive power. However, this can not be guaranteed by the known system because the active and reactive power to be fed into a connected power grid is determined by the operating parameters of the known system, not the requirements of the network.

Aus der DE 10 2008 039 141 A1 ist eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage bekannt, bei der die abgegebene Leistung eines Verbrennungsmotors mittels einer regelbaren Abgasrückführung vorgenommen wird. Ein Drosselorgan ist nicht vorgesehen. Diese Anlage ist für den Netzsynchronbetrieb bei konstanter Motordrehzahl bestimmt. Ein Umrichter ist dabei nicht erforderlich. Diese Anlage kann daher nicht zur Erhaltung der oben genannten Netzparameter beitragen.From the DE 10 2008 039 141 A1 is a combined heat and power plant known in which the output power of an internal combustion engine is made by means of a controllable exhaust gas recirculation. A throttle body is not provided. This system is intended for mains synchronous operation at constant engine speed. An inverter is not required. Therefore, this system can not contribute to the maintenance of the above network parameters.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage anzugeben, die für den Inselbetrieb geeignet ist und im Netzbetrieb zur Erhaltung der Netzparameter und Anpassung der abgegebenen Leistung an die Erfordernisse der Verbraucher oder des Netzes geeignet ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to provide a combined heat and power plant, which is suitable for island operation and is suitable in network operation for maintaining the network parameters and adjustment of the output power to the needs of consumers or the network and has a high efficiency.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass eine regelbare Abgasrückführung mit einem Abgasregelventil am Verbrennungsmotor vorgesehen ist, mittels derer die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors an den Bedarf elektrischer Leistung oder den Wärmebedarf anpassbar ist, wobei das Drosselorgan die Einregelung einer passenden Motordrehzahl unterstützend regelbar ist und der Verbrennungsmotor vorzugsweise bei einem im Wesentlichen konstanten Mitteldruck im Bereich von 5 bar bis 8 bar betrieben wird. Im Bereich des genannten Mitteldrucks läuft der Verbrennungsmotor mit besonders hohem Wirkungsgrad. Eine Reduzierung der vom Verbrennungsmotor bereitgestellten mechanischen Leistung wird überwiegend durch die regelbare Abgasrückführung bewirkt, wobei das Drosselorgan lediglich die Einregelung einer zur gewünschten Leistungsabgabe passenden Motordrehzahl unterstützt. Hierdurch wird die Leistungsanpassung schneller bewirkt, als durch die regelbare Abgasführung allein. Damit wird der Umfang einer zum angeforderten Bedarf elektrischer Leistung oder angeforderten Wärmebedarf unpassenden Leistung des Verbrennungsmotors minimiert und die Anpassung des Leistungsangebots an den Leistungsbedarf optimiert.The invention solves this problem in that a controllable exhaust gas recirculation is provided with an exhaust control valve on the internal combustion engine, by means of which the engine speed of the engine to the electric power demand or heat demand is adaptable, the throttle body is the adjustment of a suitable engine speed supportive controllable and the internal combustion engine is preferably operated at a substantially constant medium pressure in the range of 5 bar to 8 bar. In the range of the mentioned mean pressure of the internal combustion engine runs with a particularly high efficiency. A reduction in the mechanical power provided by the internal combustion engine is mainly caused by the controllable exhaust gas recirculation, wherein the throttle body only supports the adjustment of an engine speed suitable for the desired power output. As a result, the power adjustment is effected faster than by the controllable exhaust system alone. This minimizes the amount of internal combustion engine performance that is inappropriate for the demand for electrical power or requested heat demand and optimizes the adaptation of the power supply to the power requirement.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Drosselorgan im Bereich der höchsten Motordrehzahl zumindest weitgehend geöffnet ist und bei geringen Motordrehzahlen stets soweit schließbar ist, dass eine mit der Drosselung verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt. Die Drosselung eines Verbrennungsmotors führt zwangsläufig zur Verschlechterung des Wirkungsgrades. Deshalb wird generell angestrebt, Verbrennungsmotoren mit geringstmöglicher Drosselung zu betreiben. Der negative Effekt auf den Wirkungsgrad ist aber umso geringer, je geringer die Motordrehzahl ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist, außer bei der höchstmöglichen Drehzahl, eine gewisse Drosselung des Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Drosselung bleibt aber, in Abhängigkeit von der Drehzahl, stets so gering, dass sich der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors nur so geringfügig verschlechtert, dass dies unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbar bleibt. Es ist daher zu jeder Drehzahl für die Stellung des Drosselorgans ein Grenzwert abgespeichert, der bei der Ansteuerung des Drosselorgans im Falle einer konstanten Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors nicht überschritten werden darf. Bei geeigneter Vorgabe von diesen drehzahlabhängigen Grenzwerten ändert sich der Mitteldruck des Verbrennungsmotors über den gesamten nutzbaren Drehzahlbereich nicht. Eine Verschlechterung des Wirkungsgrades wird auf vernachlässigbare Werte begrenzt.In an embodiment of the invention, it is provided that the throttle member is at least largely open in the region of the highest engine speed and at low engine speeds is always closed so far that associated with the throttling deterioration of the efficiency of the engine does not exceed a predetermined level. The throttling of an internal combustion engine inevitably leads to a deterioration of the efficiency. Therefore, the general aim is to operate internal combustion engines with the lowest possible throttling. However, the lower the engine speed, the lower the negative effect on the efficiency. In the present invention, except for the highest possible rotational speed, some throttling of the internal combustion engine is provided. However, the throttling remains, depending on the speed, always so low that the efficiency of the engine deteriorates only slightly so that this remains economically justifiable. It is therefore stored at any speed for the position of the throttle body, a limit that must not be exceeded in the control of the throttle body in the case of a constant power output of the engine. With appropriate specification of these speed-dependent limits, the mean pressure of the engine over the entire usable speed range does not change. A Deterioration of efficiency is limited to negligible values.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei größeren Änderungen des Bedarfs an elektrischer Leistung die Einregelung einer passenden Motordrehzahl durch ein stärkeres oder vollständiges Öffnen oder Schließen des Drosselorgans unterstützbar ist, bis die passende Motordrehzahl erreicht ist. Wird etwa plötzlich sehr viel mehr elektrische Leistung angefordert, so wird das Drosselorgan vorzugsweise vollständig geöffnet und erst bei Annäherung oder Erreichen der Zieldrehzahl wieder in eine teilweise geschlossene Stellung gebracht, die den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors nicht oder nur geringfügig verringert. Umgekehrt wird im Falle eines sich verringernden elektrischen Leistungsbedarfs die Drosselklappe geschlossen, um eine möglichst schnelle Verringerung der Motordrehzahl zu erreichen. Bei Annäherung oder Erreichen der passenden Motordrehzahl wird das Drosselorgan wieder in eine weitgehend geöffnete Stellung gebracht, bei der der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors nicht wesentlich verringert ist. In beiden Fällen wird das Erreichen der Zieldrehzahl beschleunigt. Die Zieldrehzahl wird dann durch Regelung des Abgasregelventils konstant gehalten, bis eine erneute Leistungsanpassung erforderlich wird.A further embodiment of the invention provides that for larger changes in the demand for electrical power Einregelung a suitable engine speed by a stronger or complete opening or closing of the throttle body is supported until the appropriate engine speed is reached. If, for example, a lot more electric power is suddenly requested, then the throttle element is preferably fully opened and brought back into a partially closed position only when approaching or reaching the target rotational speed, which does not or only slightly reduces the efficiency of the internal combustion engine. Conversely, in the case of a decreasing electric power demand, the throttle valve is closed to achieve the fastest possible reduction in engine speed. When approaching or reaching the appropriate engine speed, the throttle body is again brought into a largely open position, in which the efficiency of the internal combustion engine is not significantly reduced. In both cases, the achievement of the target speed is accelerated. The target speed is then held constant by regulation of the exhaust control valve until a new power adjustment is required.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage eine Steuereinheit auf, die Daten über den Betriebszustand des Umrichters und/oder des Generators und/oder Signale von Sensoren auswertet, aus denen der elektrische Leistungsbedarf und/oder der Wärmebedarf ermittelbar ist, wobei die Steuereinheit zur Regelung der vom Verbrennungsmotor abgegebene Leistung auf das Drosselorgan und das Abgasregelventil einwirkend ausgebildet ist. In einer solchen Steuereinheit lassen sich mit Vorteil komplexe Regelalgorithmen verwirklichen, die eine Vielzahl von Eingangsparametern berücksichtigen und mehrere Stellelemente der Anlage regeln können. Insbesondere kann der Umrichter mit Spannungsund Stromsensoren versehen sein, aus denen sich Spannung, Strom, Frequenz und Phasenverschiebung und somit auch Wirkleistung und Blindleistung der an die Verbraucher oder ein Netz abgegebenen elektrischen Energie ermitteln lassen. Entsprechende Sensoren können auch beim Generator vorgesehen sein. Aus der Frequenz der Generatorspannung lässt sich auch die Drehzahl des Generators und des Verbrennungsmotors bestimmen. Durch Sensoren eines an den Wärmetauscher angeschlossenen Heizkreislaufs, insbesondere Temperatursensoren, lässt sich der Wärmebedarf des Heizkreislaufs bestimmen. Das Drosselorgan und das Abgasventil oder alle anderen regelbaren Stellglieder der Anlage sind mit entsprechenden Stellmotoren ausgestattet, die durch die Steuereinheit elektrisch ansteuerbar sind.In a preferred embodiment of the invention, the combined heat and power plant has a control unit which evaluates data on the operating state of the converter and / or the generator and / or signals from sensors, from which the electrical power requirement and / or the heat demand can be determined is, wherein the control unit is designed to control the output from the engine power to the throttle body and the exhaust control valve acting. In such a control unit can be realized with advantage complex control algorithms that take into account a variety of input parameters and can control several control elements of the system. In particular, the inverter can be provided with voltage and current sensors, from which voltage, current, frequency and phase shift and thus active power and reactive power of the electrical energy delivered to the consumers or a network can be determined. Corresponding sensors can also be provided in the generator. From the frequency of the generator voltage can also determine the speed of the generator and the internal combustion engine. By sensors of a heating circuit connected to the heat exchanger, in particular temperature sensors, the heat demand of the heating circuit can be determined. The throttle body and the exhaust valve or all other controllable actuators of the system are equipped with appropriate actuators, which are electrically controlled by the control unit.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage einen Gasmischer zur Herstellung eines dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Brennstoff-Luft-Gemisches aus einem brennbaren Gas und Luft auf, wobei zur Regelung des Anteils von brennbaren Gas im Gemisch ein Gasregelventil vorgesehen ist, welches durch die Steuereinheit regelbar ist. Die Regelung des Gasregelventils hat neben anderen Faktoren wie den Stellungen von Drosselorgan und Abgasregelventil sowie der Drehzahl des Verbrennungsmotors Einfluss auf die abgegebene Leistung und andererseits in Verbindung mit dem Abgasregelventil Einfluss auf die Abgastemperatur.In an advantageous embodiment, the combined heat and power plant according to the invention comprises a gas mixer for producing a fuel-air mixture to be supplied to the internal combustion engine from a combustible gas and air, wherein a gas control valve is provided to control the proportion of combustible gas in the mixture is controllable by the control unit. The control of the gas control valve has, among other factors such as the positions of throttle body and exhaust control valve and the speed of the engine influence on the output power and on the other hand in conjunction with the exhaust control valve influence on the exhaust gas temperature.

Die Erfindung wird noch verbessert durch die Maßnahme, dass in Gasströmungsrichtung nach dem Gasmischer ein Ansaugdämpfer angeordnet ist, der aus mehreren Kammern und mehreren die Kammern verbindenden Überströmrohren besteht. Im Ansaugdämpfer wird das aus dem Gasmischer kommende Brenngas-Luft-Gemisch einerseits und das aus der Abgasrückführung strömende Abgas verwirbelt und homogen miteinander vermischt, sodass bei einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor alle Zylinder das gleiche Gemisch erhalten. Damit wird ein sauberer Motorlauf sichergestellt, weil in jedem Zylinder eine gleich starke Verbrennung stattfindet. So wird sichergestellt, dass jeder Kolben oder jedes Auslassventil in gleichem Maße belastet wird und in jedem Zylinder gleiche Temperaturen herrschen. Dies ermöglicht eine feinere Abstimmung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors wie beispielsweise im Magerbetrieb, wo geringfügig fetteres Gemisch eine höhere Abgastemperatur und geringfügig zu mageres Gemisch eine unvollständige Verbrennung bewirkt.The invention is further improved by the measure that in the gas flow direction after the gas mixer, an intake damper is arranged, which consists of a plurality of chambers and a plurality of connecting the chambers overflow pipes. In the intake damper, the fuel gas-air mixture coming from the gas mixer, on the one hand, and the exhaust gas flowing from the exhaust gas recirculation are swirled and homogeneously mixed with one another, so that all cylinders receive the same mixture in a multi-cylinder internal combustion engine. This ensures a clean engine run, because in each cylinder an equally strong combustion takes place. This ensures that each piston or each exhaust valve is loaded to the same extent and in each cylinder equal temperatures prevail. This allows a finer tuning of operating parameters of the internal combustion engine such as in lean operation, where slightly richer mixture causes a higher exhaust gas temperature and slightly too lean mixture incomplete combustion.

Eine möglichst gleichmäßige Vermischung des Brennstoff-Luft-Gemisches aus dem Gasmischer einerseits und dem Abgas aus der Abgasrückführung andererseits erhält man, wenn die Abgasrückführung in ein Verbindungsrohr zwischen dem Gasmischer und dem Ansaugdämpfer oder direkt in die erste Kammer des Ansaugdämpfers mündet.The most uniform possible mixing of the fuel-air mixture from the gas mixer on the one hand and the exhaust gas from the exhaust gas recirculation on the other hand obtained when the exhaust gas recirculation flows into a connecting pipe between the gas mixer and the intake damper or directly into the first chamber of the intake manifold.

Die Erfindung kann noch verbessert werden, indem im Abgasstrom nach dem Verbrennungsmotor eine Lambda Sonde angeordnet ist, die mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit derart auf das Gasregelventil und/oder das Abgasregelventil einwirkend ausgebildet ist, dass ein vorgegebenes Verhältnis von nicht brennbaren Gasen zu brennbarem Gas eingehalten wird. Insbesondere in Verbindung mit einem 3-Wege-Katalysator kann diese Lambda-Regelung niedrige NOx-Werte im Abgas gewährleisten. Im Übrigen kann die Lambda Sonde zur Regelung des Verbrennungsmotors im Magerbetrieb verwendet werden.The invention can be further improved by a lambda probe is arranged in the exhaust gas stream downstream of the internal combustion engine, which is connected to the control unit, wherein the control unit is designed so acting on the gas control valve and / or the exhaust control valve that a predetermined ratio of non-combustible gases to combustible gas is maintained. In particular, in conjunction with a 3-way catalytic converter, this lambda control can ensure low NOx values in the exhaust gas. Incidentally, the lambda probe be used to control the internal combustion engine in lean operation.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass im Abgasstrom nach dem Verbrennungsmotor mindestens ein Temperatursensor, vorzugsweise für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors ein gesonderter Temperatursensor, angeordnet und mit der Steuereinheit verbunden ist und dass die Steuereinheit derart auf das Gasregelventil und/oder das Abgasregelventil einwirkend ausgebildet ist, dass eine vorgegebene Abgastemperatur oder ein Abgastemperaturbereich eingehalten wird. Bei geringer Abgastemperatur verlängert sich die Lebensdauer der Auslassventile des Verbrennungsmotors. Diese Ausführungsform kann daher die Standzeit der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage insgesamt und die erforderlichen Wartungsintervalle vergrößern. Bei der Variante mit gesonderten Temperatursensoren für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors lässt sich ein sauberer Motorlauf mit gleichmäßiger Verbrennung in allen Zylindern überprüfen und Störungen in einzelnen Zylindern ermitteln, die bei einer pauschalen Abgastemperaturüberwachung nicht auffallen würden.An advantageous embodiment of the invention provides that in the exhaust stream to the engine at least one temperature sensor, preferably for each cylinder of the internal combustion engine, a separate temperature sensor is arranged and connected to the control unit and that the control unit acting on the gas control valve and / or the exhaust control valve acting is that a predetermined exhaust gas temperature or an exhaust gas temperature range is maintained. At low exhaust gas temperature extends the life of the exhaust valves of the engine. This embodiment can therefore increase the life of the combined heat and power plant and the required maintenance intervals. In the variant with separate temperature sensors for each cylinder of the internal combustion engine, it is possible to check a clean engine run with uniform combustion in all cylinders and to determine faults in individual cylinders which would not be noticeable in the case of a flat exhaust gas temperature monitoring.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage der oben beschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während eines im Wesentlichen stabilen Betriebszustandes der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage die Steuereinheit die von den Verbrauchern benötigte oder für die Netzeinspeisung vorgesehene elektrische Leistung überwacht und die zur Erzeugung dieser elektrischen Leistung erforderliche Drehzahl des Verbrennungsmotors oder des Generators konstant hält, indem sie die Stärke des rückgeführten Abgasstroms über das Abgasregelventil regelt, wobei das Drosselorgan die Einregelung der passenden Motordrehzahl unterstützend geregelt wird. Die gleichzeitige Regelung von Drosselorgan und Abgasregelventil ermöglicht das schnelle Erreichen einer vorgegebenen Motordrehzahl und Konstanthalten derselben, während der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors möglichst hoch ist.The invention also encompasses a method for operating a cogeneration installation of the type described above, which is characterized in that, during a substantially stable operating state of the cogeneration installation, the control unit requires or requires the ones required by the consumers monitors the electrical power provided to the grid feed and keeps the speed of the engine or generator required to produce this electrical power constant by controlling the magnitude of the recirculated exhaust gas flow through the exhaust control valve, the throttle organ assisting control of the matching engine speed. The simultaneous control of throttle body and exhaust control valve allows the rapid achievement of a given engine speed and keeping constant while the efficiency of the engine is as high as possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Bezug auf eine schnelle Leistungsanpassung durch die Maßnahme optimiert, dass beim Auftreten einer größeren Änderung des Bedarfs elektrischer Leistung die Einregelung einer zum neuen Leistungsbedarf passenden Motordrehzahl dadurch beschleunigt wird, dass die Steuereinheit zusätzlich zum Abgasregelventil kurzfristig auf das Drosselorgan im Sinne der Änderung des Leistungsbedarfs einwirkt, bis die passende Motordrehzahl erreicht ist.The inventive method is optimized with respect to a fast power adjustment by the measure that the occurrence of a major change in the demand for electric power Einregelung a suitable for new power demand engine speed is accelerated by the fact that the control unit in addition to the exhaust control valve in the short term on the throttle body in terms of Changing the power requirement acts until the appropriate engine speed is reached.

Das Verfahren kann noch verbessert werden, indem das Drosselorgan unter Beibehaltung der für den momentanen Bedarf an elektrischer Leistung oder den momentanen Wärmebedarf passenden Motordrehzahl immer so weit geschlossen wird, dass eine durch die Drosselung bewirkte Verschlechterung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt. Auf diese Weise wird der Mitteldruck des Motors von der minimalen bis zur maximalen nutzbaren Drehzahl nicht wesentlich geändert und bleibt in einem für den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors optimalen Bereich.The method can be further improved by the throttle body is always closed while maintaining the appropriate for the current need for electrical power or the current heat demand engine speed that caused by the throttling deterioration of the efficiency of the engine does not exceed a predetermined level. In this way, the mean pressure of the engine is not substantially changed from the minimum to the maximum usable speed and remains in an optimum range for the efficiency of the internal combustion engine.

Zur Verlängerung der Lebensdauer der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage und Verlängerung der Wartungsintervalle wird vorgeschlagen, dass der Verbrennungsmotor im Magerbetrieb läuft und ein dafür erforderlicher Luftüberschuss durch die Zumischung von abgekühltem Abgas ersetzt wird, vorzugsweise in Höhe von ca. 20 %. Durch diese Maßnahme kann die Temperatur der Abgase auf maximal 520°C begrenzt werden, wodurch die Belastung und Erosion der Auslassventile verringert wird. Die so erzielte Abkühlung der Abgase wird sonst nur beim Betrieb mit Lambda > 1,5 erreicht werden, indem 50 % Luftüberschuss zugegeben wird. Bei der Zumischung von Abgas statt Luft erhält man einen positiven Leistungseffekt aus der größeren prozentualen Füllmenge an Frischgas.To extend the life of the combined heat and power plant and extend the maintenance intervals, it is proposed that the internal combustion engine runs in lean operation and a required excess air is replaced by the admixture of cooled exhaust gas, preferably in the amount of about 20%. By this measure, the temperature of the exhaust gases can be limited to a maximum of 520 ° C, whereby the load and erosion of the exhaust valves is reduced. The resulting cooling of the exhaust gases is otherwise achieved only when operating with lambda> 1.5 by 50% excess air is added. When admixing exhaust gas instead of air, one obtains a positive performance effect from the larger percentage filling amount of fresh gas.

In Weiterbildung der letztgenannten Verfahrensmaßnahme wird empfohlen, dass eine vorgegebene Abgastemperatur durch Zumischung von gekühltem Abgas eingeregelt wird. Das vom Verbrennungsmotor kommende heiße Abgas wird zur Nutzung der Abwärme ohnehin durch einen Wärmetauscher geleitet, wo es abgekühlt wird. Im Magerbetrieb kann daher der Verbrennungsmotor statt mit Luftüberschuss mit Vorteil auch mit einer Zugabe von gekühltem Abgas betrieben werden.In a further development of the latter method measure, it is recommended that a predetermined exhaust gas temperature be adjusted by admixing cooled exhaust gas. The hot exhaust coming from the internal combustion engine is in any case passed through a heat exchanger to utilize the waste heat, where it is cooled down. In lean operation, therefore, the internal combustion engine can be advantageously operated with an addition of cooled exhaust gas instead of excess air.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine erforderliche Änderung der Motordrehzahl durch eine Ansteuerung des Umrichters unterstützt wird, bei der die elektrische Belastung des Generators zur Erhöhung der Motordrehzahl verringert und zur Verringerung der Motordrehzahl erhöht wird. Diese Regelung mittels elektrischer Belastung des Generators eignet sich besonders gut zur Stabilisierung der konstanten Motordrehzahl, wenn sich die Qualität des zugeführten Brenngases kurzfristig ändert, was Auswirkungen auf die abgegebene Leistung des Verbrennungsmotors hat.A further embodiment of the method according to the invention provides that a required change in the engine speed is assisted by an activation of the converter, in which the electrical load of the generator is reduced to increase the engine speed and increased to reduce the engine speed. This regulation by electrical load of the generator is particularly well suited for stabilizing the constant engine speed when the quality of the supplied fuel gas changes in the short term, which has an effect on the output power of the internal combustion engine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. The figures show in detail:

1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage; 1 : a schematic representation of a combined heat and power plant according to the invention;

2: eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ansaugdämpfers für die Anlage gemäß 1. 2 a partially sectioned view of a Ansaugdämpfers for the system according to 1 ,

Im Diagramm von 1 erkennt man einen Verbrennungsmotor 1, der mechanisch mit einem elektrischen Generator 2 gekoppelt ist. Der Generator ist elektrisch mit einem Umrichter 3 verbunden, eine erste Verbindungsleitung 4 ist der Einfachheit halber im Diagramm nur als einfache Linie dargestellt. Sie kann aber je nach Auslegung des Generators 2 auch aus mehreren elektrischen Adern für die Übertragung von mehrphasigem Wechselstrom bestehen. Die erste Verbindungsleitung 4 mündet in einen Eingangsanschluss 5 des Umrichters 3, in welchem der vom Generator 2 erzeugte Wechselstrom gleichgerichtet und in bekannter Weise mittels Leistungselektronik in einem einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom mit fest vorgegebener Frequenz, vorzugsweise 50 Hz oder nach Bedarf 60 Hz umgerichtet wird. Auch die Spannung der am Ausgangsanschluss 6 des Umrichters 3 entnehmbaren elektrischen Energie wird an die Erfordernisse der Energieverbraucher angepasst. Über eine zweite Verbindungsleitung 7 wird der umgerichtete Wechselstrom zu lokalen Verbrauchern 8 oder eine Einspeiseschnittstelle 9 geleitet, wo die erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz 10 gelangt. Der Verbrennungsmotor 1 und der Generator 2 können innerhalb eines nutzbaren Drehzahlbandes mit variabler Motordrehzahl betrieben werden. Damit lässt sich eine Anpassung der erzeugten elektrischen Energie oder der erzeugten Wärme an die Erfordernisse der Verbraucher 8, 10 anpassen, denn die vom Verbrennungsmotor abgegebene mechanische Leistung steigt und fällt mit der Motordrehzahl. Bei variabler Motordrehzahl ist aber auch die Frequenz des vom Generator 2 erzeugten Wechselstroms variabel. Auch die elektrische Spannung am Ausgang des Generators 2 hängt von seiner Drehzahl ab. Da die Verbraucher 8, 10 in der Regel eine konstante Frequenz und eine konstante Spannung benötigen, ist der Umrichter 3 erforderlich.In the diagram of 1 you recognize a combustion engine 1 that works mechanically with an electric generator 2 is coupled. The generator is electric with a converter 3 connected, a first connection line 4 is shown in the diagram only as a simple line for the sake of simplicity. But it can depending on the design of the generator 2 also consist of several electrical wires for the transmission of polyphase alternating current. The first connection line 4 opens into an input connection 5 of the inverter 3 in which of the generator 2 generated AC rectified and converted in a known manner by means of power electronics in a single-phase or polyphase AC with fixed predetermined frequency, preferably 50 Hz or 60 Hz as needed. Also the voltage at the output terminal 6 of the inverter 3 Removable electrical energy is adapted to the requirements of energy consumers. Via a second connecting line 7 the converted AC becomes local consumers 8th or a feed-in interface 9 directed where the electrical energy generated in a power grid 10 arrives. The internal combustion engine 1 and the generator 2 can be operated within a usable variable speed engine speed range. This makes it possible to adapt the generated electrical energy or the heat generated to the requirements of the consumers 8th . 10 because the mechanical power output from the engine increases and decreases with engine speed. At variable engine speed but is also the frequency of the generator 2 generated alternating current variable. Also the electrical voltage at the output of the generator 2 depends on its speed. Because the consumers 8th . 10 usually need a constant frequency and a constant voltage is the inverter 3 required.

Da es sich hier um eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage handelt, wird die vom Verbrennungsmotor 1 erzeugte Abwärme genutzt. Hierfür ist ein Abgaswärmetauscher 11 vorgesehen, der über ein Auspuffrohr 12 mit dem Auspuff des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist. Die heißen Abgase treten am Eingang 13 in den Abgaswärmetauscher 11 ein und durchlaufen eine in Schleifen verlaufende Kühlschlange 14, in der die Abgase abgekühlt werden. Die Abkühlung erfolgt durch ein Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Wasser, welches die Kühlschlange 14 umströmt. Dabei wird das Wasser erhitzt. Das erhitzte Wasser wird über eine Vorlaufleitung 16 zu den Wärmeverbrauchern 17 gepumpt, wo es seine Wärme abgibt. Als Wärmeverbraucher 17 kommen insbesondere Heizungskörper oder Warmwasserboiler beziehungsweise Warmwasserwärmetauscher in Frage, die jedoch hier im Einzelnen nicht dargestellt sind. Über eine Rücklaufleitung 18 gelangt das abgekühlte Wasser zurück zum Abgaswärmetauscher 11, wo es erneut erhitzt wird. Auch die in einem nicht dargestellten Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors 1 abgeführte Abwärme kann einer Nutzung 17 zugeführt werden. Since this is a combined heat and power plant, that of the internal combustion engine 1 utilized waste heat. For this purpose, an exhaust gas heat exchanger 11 provided by an exhaust pipe 12 with the exhaust of the internal combustion engine 1 connected is. The hot exhaust gases occur at the entrance 13 in the exhaust gas heat exchanger 11 and pass through a looped cooling coil 14 in which the exhaust gases are cooled. The cooling is carried out by a heat transfer medium, preferably water, which is the cooling coil 14 flows around. The water is heated. The heated water is via a flow line 16 to the heat consumers 17 pumped where it gives off its heat. As a heat consumer 17 For example, heating elements or hot water boilers or hot water heat exchangers are suitable, but they are not shown here in detail. Via a return line 18 the cooled water returns to the exhaust gas heat exchanger 11 where it is reheated. Also in a not shown cooling water circuit of the engine 1 Dissipated waste heat can be used 17 be supplied.

Das aus dem Ausgang 15 des Abgaswärmetauschers 11 austretende abgekühlte Abgas gelangt über ein Abgasrohr 19 zu einem Schalldämpfer 20 und von diesem über ein Ausgangsrohr 21 in die Atmosphäre.That from the exit 15 the exhaust gas heat exchanger 11 exiting cooled exhaust gas passes through an exhaust pipe 19 to a silencer 20 and from this via a starting pipe 21 into the atmosphere.

Die für den Betrieb des Verbrennungsmotors erforderliche Luft wird über ein Lufteintrittsrohr 22 der Umgebungsluft entnommen und gelangt über einen Luftfilter 23 in einen Gasmischer 24. Der Gasmischer 24 besteht im Wesentlichen aus einer Venturidüse 25 mit einer Eintrittsöffnung 26 und einer Austrittsöffnung 27. Der Gasmischer 24 weist außerdem ein Gasregelventil 28 auf, durch welches Brenngas strömt, welches aus einer Hausanschlussleitung 29 über ein erstes Gassicherheitsventil 30 und ein zweites Gassicherheitsventil 31 zum Gasregelventil 28 gelangt. Das Gasregelventil 28 kann die Stärke des Gasflusses regeln. Das Brenngas strömt aus dem Gasregelventil 28 zu einer nicht dargestellten seitlichen Öffnung der Venturidüse in einem Bereich, wo der stärkste Unterdruck herrscht. Dort mischt sich das Brenngas mit der Luft, sodass an der Austrittsöffnung 27 der Venturidüse 25 ein Brennstoff-Luft-Gemisch austritt, welches über ein Gemischrohr 32 in einen Ansaugdämpfer 33 gelangt, wo es verwirbelt wird, um Brenngas und Luft möglichst homogen miteinander zu vermischen. Vom Ansaugdämpfer 33 gelangt das Gemisch über ein Verbindungsrohr 34 zu einem Drosselorgan 35, welches eine Drosselklappe 36 zur Verengung des Durchflussquerschnitts aufweist. Vom Drosselorgan 35 gelangt das Gemisch über ein Ansaugrohr 37 zum Verbrennungsmotor 1, welcher das Gemisch ansaugt, sodass es in die Brennkammern der Zylinder des Verbrennungsmotors 1 gelangt.The required for the operation of the engine air is through an air inlet pipe 22 taken from the ambient air and passes through an air filter 23 in a gas mixer 24 , The gas mixer 24 consists essentially of a Venturi nozzle 25 with an entrance opening 26 and an exit opening 27 , The gas mixer 24 also has a gas control valve 28 on, through which fuel gas flows, which from a service line 29 via a first gas safety valve 30 and a second gas safety valve 31 to the gas control valve 28 arrives. The gas control valve 28 can regulate the strength of the gas flow. The fuel gas flows out of the gas control valve 28 to a side opening, not shown, of the Venturi nozzle in an area where the strongest negative pressure prevails. There, the fuel gas mixes with the air, so that at the outlet opening 27 the Venturi nozzle 25 a fuel-air mixture exits, which via a mixture pipe 32 in a suction damper 33 where it is swirled to mix fuel gas and air as homogeneously as possible. From the intake silencer 33 the mixture passes through a connecting pipe 34 to a throttle body 35 which is a throttle 36 to narrow the flow cross-section. From the throttle body 35 the mixture passes through an intake pipe 37 to the internal combustion engine 1 which sucks the mixture so that it enters the combustion chambers of the cylinders of the internal combustion engine 1 arrives.

Vom Abgasrohr 19 zweigt ein Rückführrohr 38 ab, welches gekühltes Abgas über ein Abgasregelventil 39 zum Gemischrohr 32 führt, wo das gekühlte Abgas dem Brennstoff-Luft-Gemisch zugemischt wird. Je nach Stellung des Abgasregelventils 39 kann daher ein mehr oder weniger großer Strom von gekühltem Abgas in das Gemisch gelangen, welches vom Verbrennungsmotor 1 angesaugt wird. Je mehr Abgas zugemischt wird, desto weniger brennbares Gemisch kann der Verbrennungsmotor 1 ansaugen, sodass die vom Verbrennungsmotor 1 abgegebene Leistung umso geringer wird, je mehr Abgas über das Abgasregelventil 39 zugegeben wird.From the exhaust pipe 19 branches a return pipe 38 which cooled exhaust gas via an exhaust control valve 39 to the mixture pipe 32 leads, where the cooled exhaust gas is added to the fuel-air mixture. Depending on the position of the exhaust gas control valve 39 Therefore, a more or less large flow of cooled exhaust gas into the mixture, which from the engine 1 is sucked. The more exhaust gas is added, the less combustible mixture, the internal combustion engine 1 suck in, so that from the combustion engine 1 delivered power is the lower, the more exhaust gas through the exhaust control valve 39 is added.

Zur Steuerung und Regelung aller Anlagenkomponenten ist die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit einer Steuereinheit 40 ausgerüstet. Die Steuereinheit 40 erhält über Signalleitungen Signale von Geräten oder Sensoren mit Daten über den Bertriebszustand der Anlage. Insbesondere erhält sie über eine erste Signalleitung 41 Informationen über den Generator 2, insbesondere die Frequenz des erzeugten Wechselstroms und damit über die Drehzahl des Generators 2 und des Verbrennungsmotors 1. Über eine zweite Signalleitung 42 erhält die Steuereinheit 40 Signale vom einem Spannungs- und Stromsensor 45, welcher Daten über elektrische Parameter am Ausgangsanschluss 6 des Umrichters 3, insbesondere über Frequenz, Strom und Spannung der zu den lokalen Verbrauchern 8 oder in das Stromnetz 10 fließenden elektrischen Energie enthalten. Über eine dritte Signalleitung 43 erhält die Steuereinheit 40 Signale einer Lambda Sonde 46, die die Daten über die Zusammensetzung des Abgases des Verbrennungsmotors 1 im Auspuffrohr 12 übermittelt. Am Auspuffrohr 12 ist auch ein Temperatursensor 47 angebracht, dessen Signale über eine vierte Signalleitung 44 zur Steuereinheit 40 gelangen. Im Wärmeverbraucherkreis 16, 17, 18 ist ein Wärmemengenmesser 49 untergebracht, dessen Signal über die Signalleitung 48 zur Steuereinheit gelangt, um Daten über den Wärmeverbrauch zu übermitteln.For controlling and regulating all plant components, the force Heat coupling system with a control unit 40 equipped. The control unit 40 Receives signals from devices or sensors with data on the operating status of the system via signal lines. In particular, it receives via a first signal line 41 Information about the generator 2 , In particular, the frequency of the generated alternating current and thus on the speed of the generator 2 and the internal combustion engine 1 , Via a second signal line 42 receives the control unit 40 Signals from a voltage and current sensor 45 , which contains data about electrical parameters at the output terminal 6 of the inverter 3 , in particular about frequency, current and voltage of the local consumers 8th or in the power grid 10 contain flowing electrical energy. Via a third signal line 43 receives the control unit 40 Signals from a lambda probe 46 containing the data on the composition of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 in the exhaust pipe 12 transmitted. At the exhaust pipe 12 is also a temperature sensor 47 attached, whose signals via a fourth signal line 44 to the control unit 40 reach. In the heat consumer circle 16 . 17 . 18 is a heat meter 49 housed, whose signal is via the signal line 48 to the control unit to transmit data on the heat consumption.

Die Steuereinheit 40 wertet die eingehenden Daten aus und generiert Steuersignale zur Steuerung und Regelung der verfügbaren Stellorgane der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage. Insbesondere wird über eine erste Steuerleitung 50 die Öffnung des Gasregelventils 28 gesteuert. Eine zweite Steuerleitung 51 steuert das Abgasregelventil 39 und eine dritte Steuerleitung 52 das Drosselorgan 35. Eine vierte Steuerleitung 53 ist zur Steuerung des Umrichters vorgesehen. The control unit 40 evaluates the incoming data and generates control signals for controlling and regulating the available actuators of the cogeneration plant. In particular, via a first control line 50 the opening of the gas control valve 28 controlled. A second control line 51 controls the exhaust control valve 39 and a third control line 52 the throttle body 35 , A fourth control line 53 is intended to control the inverter.

In 2 ist der Ansaugdämpfer 33 im Detail dargestellt. Er besteht aus einer ersten Kammer 54 und einer zweiten Kammer 55, die durch eine Trennwand 56 voneinander getrennt sind. Über drei verschieden lange Verbindungsrohre 57 kann das angesaugte Brennstoff-Luft-Gemisch von der ersten Kammer 54 in die zweite Kammer 55 eintreten, wobei die Eintrittsöffnungen der Verbindungsrohre 57 an verschiedenen Orten innerhalb der ersten Kammer 54 liegen und die Austrittsöffnungen der Verbindungsrohre 57 wiederum in verschiedenen Tiefen des Volumens der zweiten Kammer 55 münden. Auf diese Weise wird das Gemisch besonders gut verwirbelt, sodass sich eventuell ungleichmäßig verteilte Brenngase gleichmäßig mit der Luft vermischen. Das Gemisch gelangt vom Gasmischer 24 über das Gemischrohr 32 in die erste Kammer 54 des Ansaugdämpfers 33. Anders als in 1 mündet das Rückführrohr 38 der Abgasrückführung nicht in das Gemischrohr 32, sondern direkt in die erste Kammer 54 des Ansaugdämpfers 33.In 2 is the intake silencer 33 shown in detail. It consists of a first chamber 54 and a second chamber 55 passing through a partition 56 are separated from each other. About three different lengths connecting pipes 57 can the sucked fuel-air mixture from the first chamber 54 in the second chamber 55 enter, wherein the inlet openings of the connecting pipes 57 in different places within the first chamber 54 lie and the outlet openings of the connecting pipes 57 again at different depths of the volume of the second chamber 55 lead. In this way, the mixture is particularly well swirled, so mix possibly unevenly distributed combustion gases evenly with the air. The mixture passes from the gas mixer 24 over the mixture pipe 32 in the first chamber 54 of the intake silencer 33 , Unlike in 1 opens the return pipe 38 exhaust gas recirculation is not in the mixture pipe 32 but directly into the first chamber 54 of the intake silencer 33 ,

Nach dem Übertritt des Brennstoff-Luft-Gemisches und des zugemischten Abgases in die zweite Kammer 55 und nach vollständiger Homogenisierung aller genannten Anteile gelangen diese über eine Austrittsöffnung 58 aus dem Ansaugdämpfer 33 in das Verbindungsrohr 34 zum Drosselorgan 35.After the passage of the fuel-air mixture and the admixed exhaust gas into the second chamber 55 and after complete homogenization of all said components, these pass through an outlet opening 58 from the intake silencer 33 in the connecting pipe 34 to the throttle body 35 ,

Die Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage wird erfindungsgemäß folgendermaßen betrieben:
Die Steuereinheit 40 überprüft ständig, ob die von der Anlage erzeugte Wärmeleistung oder elektrische Leistung den Anforderungen genügt. Hierfür wertet sie den Spannungs- und Stromsensor 45 und den Wärmemengenmesser 49 aus. Im Inselbetrieb, wenn nur die lokalen Verbraucher 8 versorgt werden müssen, erkennt die Steuereinheit 40 an einem Abfall der im Sensor 45 gemessenen Spannung, dass mehr elektrische Leistung erforderlich ist. Umgekehrt erkennt sie einen geringeren Leistungsbedarf an einer ansteigenden Spannung. Sofern die erzeugte Wärmemenge höher ist, als der mittels Wärmemengenmesser 49 ermittelte Bedarf der Wärmeverbraucher 17, kann die Anlage im Inselbetrieb auch so betrieben werden, dass nicht die gesamte vom Verbrennungsmotor 1 erzeugte Wärme genutzt, sondern beispielsweise in Form heißerer Abgase über das Abgasrohr 19 in das Ausgangsrohr 21 und somit in die Umgebungsluft gelangt.
The combined heat and power plant is operated according to the invention as follows:
The control unit 40 constantly checks whether the heat output or electrical power generated by the system meets the requirements. For this purpose, it evaluates the voltage and current sensor 45 and the heat meter 49 out. In island operation, if only the local consumers 8th must be supplied, recognizes the control unit 40 at a waste in the sensor 45 measured voltage that more electrical power is required. Conversely, it recognizes a lower power requirement for an increasing voltage. If the amount of heat generated is higher than that by means of heat meter 49 determined need of heat consumers 17 , the system can also be operated in island operation so that not all of the internal combustion engine 1 used heat generated, but for example in the form of hotter exhaust gases through the exhaust pipe 19 into the exit pipe 21 and thus gets into the ambient air.

Wird die Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage aber wärmegeführt betrieben, muss zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften ein Gesamtnutzungsgrad von >80% erreicht werden. Daher darf die Anlage nicht so betrieben werden, dass bei erhöhtem Strombedarf anfallende Wärme ungenutzt bleibt. In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Anlage einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit fester Motordrehzahl überlegen, denn bei einer Drosselung der Leistung bei fester Drehzahl reduziert sich die abgegebene elektrische Leistung stärker als die Wärmeleistung. Es bleibt daher in einem solchen Fall nichts anderes übrig, als eine Anlage mit Festdrehzahl abzuschalten. Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Anlage den Vorteil, dass mittels Drehzahlmodulation die elektrische Leistung reduziert und an den Wärmeverbrauch angepasst werden kann, um die Anlage bei einem Gesamtnutzungsgrad von <80% weiterzubetreiben. Die erfindungsgemäße Anlage muss daher nicht abgeschaltet werden und liefert weiterhin Strom in das Stromnetz 10, was einerseits positiv für die Unterstützung des Stromnetzes 10 ist und andererseits insgesamt einen wirtschaftlicheren Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage erlaubt, denn der ins Stromnetz 10 eingespeiste Strom wird besonders hoch vergütet.However, if the combined heat and power plant is operated using heat, a total efficiency of> 80% must be achieved in order to comply with legal regulations. Therefore, the system must not be operated in such a way that heat generated during increased power consumption remains unused. In this case, the system according to the invention is superior to a cogeneration unit with a fixed engine speed, because when throttling the power at a fixed speed, the output electric power is reduced more than the heat output. Therefore, in such a case, there is nothing left but to turn off a system with fixed speed. In contrast, the system according to the invention has the advantage that by means of speed modulation, the electrical power can be reduced and adapted to the heat consumption to continue to operate the system at a total efficiency of <80%. The system according to the invention therefore does not have to be switched off and continues to supply power to the power grid 10 , which on the one hand positive for the support of the power grid 10 and on the other hand, overall a more economical operation of the system according to the invention is allowed, because of the power grid 10 fed-in electricity is paid extra.

Nachdem die Steuereinheit 40 den Leistungsbedarf ermittelt hat, muss der Verbrennungsmotor 1 auf eine der gewünschten Leistung entsprechende Motordrehzahl gebracht werden. Die Motordrehzahl wird durch Überwachung der Frequenz des vom elektrischen Generator 2 erzeugten elektrischen Stromes über die Signalleitung 41 überwacht. Bei unverändertem Leistungsbedarf ist die Motordrehzahl konstant zu halten. Die Steuereinheit 40 kann über die Steuerleitungen 5053 Einfluss auf die Stellorgane nehmen, die wiederum die Motordrehzahl verändern können.After the control unit 40 has determined the power requirement, the internal combustion engine 1 be brought to a desired power corresponding engine speed. The Engine speed is determined by monitoring the frequency of the electric generator 2 generated electric current via the signal line 41 supervised. If the power requirement remains unchanged, the engine speed must be kept constant. The control unit 40 can over the control lines 50 - 53 Influence on the actuators, which in turn can change the engine speed.

So wird die Steuereinheit 40 das Gasregelventil 28 so ansteuern, dass der Verbrennungsmotor 1 keinesfalls mit Brennstoffüberschuss betrieben wird, um möglichst wirtschaftlich zu laufen. Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor 1 als Lambda 1 Motor betrieben, bei dem Brennstoff und Luft genau im stöchiometrischen Verhältnis (Lambda = 1) gemischt wird. Hierfür wertet die Steuereinheit 40 die Signale der Lambda Sonde 46 aus. Des Weiteren steuert die Steuereinheit 40 über die zweite Steuerleitung 51 das Abgasregelventil 39 so, dass dem aus dem Gasmischer 24 entströmendem Brennstoff-Luft-Gemisch so viel gekühltes Abgas zugemischt wird, dass sich eine Abgastemperatur einstellt, die einem Magermotor mit Lambda ≈ 1,5 entspricht. Im Gegensatz zur Luft enthält das gekühlte Abgas praktisch keinen Sauerstoff mehr. Ersetzt man daher Luft durch Abgas, erreicht man eine wünschenswerte Abgastemperatur von <520°C bereits mit einem Abgasanteil von 20% am angesaugten Gemisch, während derselbe Effekt mit Luft erst bei einem Luftüberschuss von 50% erreicht würde. Im Gemisch ist daher ein größerer Prozentsatz an Frischgas enthalten. Aufgrund der geringeren Verbrennungstemperatur ist die NOx Bildung reduziert, was auch beim Magerbetrieb mit Luftüberschuss der Fall ist. Allerdings wird bei der Zumischung von Abgas der NOx Anteil stärker reduziert, weil weniger Sauerstoff für die NOx Bildung vorhanden ist. Dies ist besonders wichtig für den Betrieb der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit Biogas oder Klärgas, da mit diesen Brennstoffen der Einsatz eines Katalysators nicht möglich ist und die Lambda Sonden eine sehr geringe Lebensdauer haben.This is how the control unit works 40 the gas control valve 28 so drive that the internal combustion engine 1 never operated with excess fuel to run as economically as possible. Preferably, the internal combustion engine 1 operated as Lambda 1 engine in which fuel and air in exactly stoichiometric ratio (lambda = 1) is mixed. The control unit evaluates this 40 the signals of the lambda probe 46 out. Furthermore, the control unit controls 40 over the second control line 51 the exhaust control valve 39 so that from the gas mixer 24 so much cooled exhaust gas is admixed to the flowing fuel-air mixture, that adjusts an exhaust gas temperature, which corresponds to a lean-burn engine with lambda ≈ 1.5. In contrast to air, the cooled exhaust gas contains practically no oxygen. Therefore, replacing air with exhaust gas achieves a desirable exhaust gas temperature of <520 ° C already with an exhaust gas content of 20% of the sucked mixture, while the same effect with air would only be achieved with an air excess of 50%. The mixture therefore contains a larger percentage of fresh gas. Due to the lower combustion temperature, the NOx formation is reduced, which is also the case with lean operation with excess air. However, with the addition of exhaust gas, the NOx content is reduced more because less oxygen is present for NOx formation. This is particularly important for the operation of the combined heat and power plant with biogas or sewage gas, since these fuels, the use of a catalyst is not possible and the lambda probes have a very short life.

Die Einhaltung einer niedrigen Abgastemperatur wird durch Messung derselben mittels des Temperatursensors 47 von der Steuereinheit 40 überwacht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn statt eines einzelnen Temperatursensors 47, der pauschal die gemischte Temperatur der aus allen Zylindern des Verbrennungsmotors stammenden Abgase misst, für jeden Zylinder ein separater Temperatursensor vorhanden ist. Damit kann die Abgastemperatur jedes einzelnen Zylinders separat gemessen und ausgewertet werden. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 40 zum Beispiel Fehler an der Zündanlage erkennen, wenn dadurch die Abgastemperatur eines einzelnen Zylinders beeinflusst wird. Fällt beispielsweise bei einem 4-Zylinder-Motor eine Zündkerze aus, so kann die Steuereinheit 40 in vielen Fällen das Gemisch so verändern, dass die verbleibenden drei Zylinder noch die geforderte Leistung abgeben. Diese arbeitenden Zylinder haben dann aber eine höhere Abgastemperatur als zulässig. Daraus folgt ein unruhiger Motorlauf und die Schädigung der Ventile. Durch einen Vergleich der Temperaturen der einzelnen Zylinder kann ein derartiger Ausfall früh erkannt und eine Motorschädigung vermieden werden.Compliance with a low exhaust gas temperature is achieved by measuring the same by means of the temperature sensor 47 from the control unit 40 supervised. It is particularly advantageous if, instead of a single temperature sensor 47 , which generally measures the mixed temperature of the exhaust gases from all cylinders of the internal combustion engine, there is a separate temperature sensor for each cylinder. Thus, the exhaust gas temperature of each cylinder can be measured and evaluated separately. In this way, the control unit 40 detect, for example, faults in the ignition system, if this affects the exhaust gas temperature of a single cylinder. If, for example, a spark plug fails in a 4-cylinder engine, the control unit may 40 In many cases, change the mixture so that the remaining three cylinders still deliver the required power. However, these working cylinders have a higher exhaust gas temperature than permissible. This results in a restless engine run and the damage to the valves. By comparing the temperatures of the individual cylinders such failure can be detected early and engine damage can be avoided.

Im Betrieb mit konstanter Leistungsanforderung kann die Steuereinheit 40 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 allein über das Abgasregelventil 39 in Kombination mit dem Gasregelventil 28 regeln und konstant halten. Grundsätzlich kann auf diese Weise auch eine Veränderung der Motordrehzahl bei geänderten Leistungsanforderungen eingeregelt werden. Dabei regelt sich die Anlage so aus, dass der Mitteldruck des Verbrennungsmotors 1 im Wesentlichen erhalten bleibt, sodass der Verbrennungsmotor 1 mit möglichst hohem Wirkungsgrad betrieben wird. Die Anpassung der Motordrehzahl kann dabei allerdings nur relativ langsam erfolgen. Andererseits ist es erstrebenswert, die Zeit zu minimieren, während der Verbrennungsmotor 1 mit nicht passender Motordrehzahl läuft.In operation with constant power requirement, the control unit 40 the speed of the internal combustion engine 1 alone via the exhaust control valve 39 in combination with the gas control valve 28 regulate and keep constant. In principle, a change in the engine speed with changed power requirements can be adjusted in this way. The system is regulated so that the medium pressure of the internal combustion engine 1 essentially preserves, so the internal combustion engine 1 operated with the highest possible efficiency. However, the adaptation of the engine speed can only be done relatively slowly. On the other hand, it is desirable to minimize the time while the engine is running 1 with mismatched engine speed is running.

Zur Beschleunigung der Einstellung einer geänderten Motordrehzahl wird bei der erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage das Drosselorgan 35 verwendet. Wenn beispielsweise die Motordrehzahl schnell reduziert werden soll, wird die Drosselklappe 36 ganz oder zumindest teilweise geschlossen, was zu einer schnellen Verminderung der Motordrehzahl führt. Ist die geringere Motordrehzahl erreicht, wird das Drosselorgan 35 wieder ganz oder teilweise geöffnet. Danach regelt die Steuereinheit 40 das Abgasregelventil 39 und das Gasregelventil 28 so aus, dass auch mit ganz oder teilweise geöffnetem Drosselorgan 35 die gewünschte Zieldrehzahl konstant gehalten wird. Im umgekehrten Fall, wenn die Motordrehzahl schnell erhöht werden soll, wird die Drosselklappe 36 des Drosselorgans 35 stärker oder maximal ganz geöffnet, was zu einem schnellen Ansteigen der Motordrehzahl führt. Ist die Zieldrehzahl erreicht, wird die Drosselklappe 36 wieder teilweise geschlossen und die Steuereinheit 40 regelt das Abgasregelventil 39 und das Gasregelventil 28 so aus, dass die Motordrehzahl konstant bleibt. Durch Öffnen oder Schließen des Drosselorgans 35 kann also die Einregelung einer passenden Motordrehzahl zur Anpassung der Motorleistung an die abgeforderte Leistung beschleunigt werden.To accelerate the setting of a changed engine speed is in the inventive combined heat and power plant, the throttle body 35 used. For example, if the engine speed is to be reduced rapidly, the throttle will 36 completely or at least partially closed, resulting in a rapid reduction in engine speed. If the lower engine speed is reached, the throttle body 35 again fully or partially open. Thereafter, the control unit regulates 40 the exhaust control valve 39 and the gas control valve 28 so that even with fully or partially open throttle body 35 the desired target speed is kept constant. Conversely, if the engine speed is to be increased rapidly, the throttle will 36 of the throttle body 35 more or less fully open, resulting in a rapid increase in engine speed. When the target speed is reached, the throttle will turn 36 again partially closed and the control unit 40 regulates the exhaust control valve 39 and the gas control valve 28 so that the engine speed remains constant. By opening or closing the throttle body 35 Thus, the adjustment of a suitable engine speed for adapting the engine power to the requested power can be accelerated.

Grundsätzlich ist der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 am besten, wenn er ungedrosselt laufen kann. Ein Schließen der Drosselklappe 36 des Drosselorgans 35 verschlechtert den Motorwirkungsgrad. Allerdings ist der Effekt bei niedrigen Drehzahlen geringer, als bei hohen Drehzahlen. Zu jeder Drehzahl gibt es einen Öffnungsgrad des Drosselorgans 35, bei dem eine Verschlechterung des Wirkungsgrades unterhalb eines wirtschaftlich relevanten Umfangs bleibt. Um die oben genannte Unterstützung der Änderung der Motordrehzahl durch das Drosselorgan 35 auch bei der Anpassung an höhere Drehzahlen zu erhalten, muss die Drosselklappe 36 des Drosselorgans 35 teilweise geschlossen sein, ansonsten könnte man sie nicht zur Unterstützung des Beschleunigungsvorgangs öffnen. Ganz offen kann das Drosselorgan 35 nur bei der höchsten nutzbaren Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 sein. Je geringer die Motordrehzahl ist, desto weiter kann die Drosselklappe 36 geschlossen werden, ohne dass die Verringerung des Wirkungsgrades eine wahrnehmbare wirtschaftliche Auswirkung hätte. Basically, the efficiency of the internal combustion engine 1 best if he can run unthrottled. A closing of the throttle 36 of the throttle body 35 degrades the engine efficiency. However, the effect is lower at low speeds than at high speeds. For each speed, there is an opening degree of the throttle body 35 , in which a deterioration of the Efficiency remains below an economically relevant extent. To the above-mentioned support of the change of engine speed by the throttle body 35 even when adapting to get higher speeds, the throttle must 36 of the throttle body 35 be partially closed, otherwise you could not open them to support the acceleration process. Quite open, the throttle body 35 only at the highest usable speed of the internal combustion engine 1 be. The lower the engine speed, the farther the throttle valve can get 36 be closed, without the reduction of the efficiency would have a noticeable economic impact.

Man kann daher eine Grenze für die Verringerung des Wirkungsgrades festlegen, beispielsweise eine Verringerung des Wirkungsgrades um ein Prozent tolerieren. Dann lässt sich zu jeder Drehzahl einer Drosselklappenstellung bestimmen, bei der der Wirkungsgrad um maximal ein Prozent verschlechtert wird. Die entsprechenden Werte sind in der Steuereinheit 40 abgespeichert. Wenn im Falle einer konstanten Leistungsanforderung die Motordrehzahl konstant gehalten wird, steuert die Steuereinheit 40 über die dritte Steuerleitung 52 das Drosselorgan 35 so an, dass die Drosselklappe 36 auf den für die momentane Motordrehzahl abgespeicherten Grad geschlossen wird, bei dem eine mit der Drosselung verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors 1 das vorgegebene Maß von beispielsweise ein Prozent nicht übersteigt. Auf diese Weise ist das Drosselorgan 35 immer so weit geschlossen, dass zwar eine Drosselung des Verbrennungsmotors 1 bewirkt wird, die jedoch keine wirtschaftlich wesentliche Auswirkung auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 hat. Die Motordrehzahl wird von der Steuereinheit 40 bei vorgegebener Stellung des Drosselorgans 35 durch Regelung Abgasregelventil 39 und das Gasregelventil 28 konstant gehalten.One can therefore set a limit for the reduction of the efficiency, for example, tolerate a reduction in efficiency by one percent. Then you can determine at any speed of a throttle position, in which the efficiency is deteriorated by a maximum of one percent. The corresponding values are in the control unit 40 stored. If the engine speed is kept constant in the case of a constant power demand, the control unit controls 40 over the third control line 52 the throttle body 35 so on that the throttle 36 is closed to the stored for the current engine speed degree at which associated with the throttling deterioration of the efficiency of the internal combustion engine 1 the predetermined amount does not exceed, for example, one percent. In this way, the throttle body 35 always closed so far that although a throttling of the internal combustion engine 1 is effected, but not an economically significant effect on the efficiency of the internal combustion engine 1 Has. The engine speed is determined by the control unit 40 at a given position of the throttle body 35 through regulation exhaust control valve 39 and the gas control valve 28 kept constant.

Die Einstellung einer geänderten Motordrehzahl kann zusätzlich noch durch Ansteuerung des Umrichters 3 unterstützt werden. Werden beispielsweise 20 kW elektrischer Leistung bei 2300 Umdrehungen pro Minute erzeugt und handelt es sich dabei um eine der höchsten Leistungen, die die Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage bietet, kann es Probleme geben, wenn diese 20 kW tatsächlich angefordert werden und das als Brenngas dienende Erdgas einen schlechteren Heizwert als üblich hat, bei dem die erforderlichen 2300 Umdrehungen pro Minute nicht erreicht werden, weil der Motor diese Leistung mit dem schlechten Erdgas nicht erzeugen kann. In diesem Fall kann die Steuereinheit 40 den Umrichter 3 so ansteuern, dass beispielsweise nur 19 kW elektrischer Leistung ins Stromnetz 10 eingespeist werden. Damit wird erreicht, dass der Verbrennungsmotor 1 auch mit schlechtem Erdgas die Motordrehzahl von 2300 Umdrehungen pro Minute erreicht. Damit werden zwar nicht die angeforderten 20 kW erzeugt, aber die abgegebene Leistung optimiert. Ohne die entsprechende Ansteuerung des Umrichters 3 würde die Motordrehzahl unter 2300 Umdrehungen pro Minute absinken und die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors 1 nicht voll genutzt werden.The setting of a changed engine speed can also be achieved by controlling the inverter 3 get supported. For example, if you produce 20 kW of electrical power at 2300 rpm, and this is one of the highest levels of performance offered by the combined heat and power plant, there may be a problem when these 20 kW are actually requested, as fuel gas serving natural gas has a lower calorific value than usual, in which the required 2300 revolutions per minute are not achieved, because the engine can not produce this power with the bad natural gas. In this case, the control unit 40 the inverter 3 so drive that, for example, only 19 kW of electrical power into the mains 10 be fed. This ensures that the internal combustion engine 1 even with bad natural gas, the engine speed of 2300 revolutions per minute achieved. Although this does not produce the requested 20 kW, it does optimize the power output. Without the appropriate control of the inverter 3 For example, the engine speed would drop below 2300 rpm and the performance of the internal combustion engine 1 not fully utilized.

Zur Optimierung der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage in Bezug auf den Wirkungsgrad wird vorgeschlagen, dass der Generator 2 als Permanentmagnet-Generator ausgestaltet ist. Zwar sind auch andere Bauarten möglich und gegebenenfalls sogar kostengünstiger zu beschaffen, aber nur der Permanentmagnet-Generator erzielt einen elektrischen Wirkungsgrad von 96 % oder mehr.To optimize the combined heat and power plant in terms of efficiency, it is proposed that the generator 2 is designed as a permanent magnet generator. Although other designs are possible and possibly even cheaper to obtain, but only the permanent magnet generator achieves an electrical efficiency of 96% or more.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbrennungsmotor internal combustion engine
22
Generator generator
33
Umrichter inverter
44
erste Verbindungsleitung first connection line
55
Eingangsanschluss input port
66
Ausgangsanschluss output port
77
zweite Verbindungsleitung second connection line
88th
lokale Verbraucher local consumers
99
Einspeiseschnittstelle / Netzeinspeisung Infeed interface / mains supply
1010
Stromnetz power grid
1111
Abgaswärmetauscher Exhaust gas heat exchanger
1212
Auspuffrohr / Abgasstrom Exhaust pipe / exhaust gas flow
1313
Eingang entrance
1414
Kühlschlange cooling coil
1515
Ausgang output
1616
Vorlaufleitung supply line
1717
Wärmeverbraucher / Wärmenutzung Heat consumer / heat utilization
1818
Rücklaufleitung Return line
1919
Abgasrohr exhaust pipe
2020
Schalldämpfer silencer
2121
Ausgangsrohr outlet pipe
2222
Lufteintrittsrohr Air inlet pipe
2323
Luftfilter air filter
2424
Gasmischer gas mixer
2525
Venturidüse venturi
2626
Eintrittsöffnung inlet opening
2727
Austrittsöffnung outlet opening
2828
Gasregelventil Gas control valve
2929
Hausanschlussleitung Service line
3030
erstes Gassicherheitsventil first gas safety valve
3131
zweites Gassicherheitsventil second gas safety valve
3232
Gemischrohr mixture tube
3333
Ansaugdämpfer intake silencer
3434
Verbindungsrohr connecting pipe
3535
Drosselorgan throttle member
3636
Drosselklappe throttle
3737
Ansaugrohr intake
3838
Rückführrohr / Abgasrückführung Return pipe / exhaust gas recirculation
3939
Abgasregelventil Exhaust gas control valve
4040
Steuereinheit control unit
4141
erste Signalleitung first signal line
42 42
zweite Signalleitung second signal line
4343
dritte Signalleitung third signal line
4444
vierte Signalleitung fourth signal line
4545
Spannungs-/Stromsensor Voltage / current sensor
4646
Lambda Sonde Lambda probe
4747
Temperatursensor temperature sensor
4848
fünfte Signalleitung fifth signal line
4949
Wärmemengenmesser Heat meters
5050
erste Steuerleitung first control line
5151
zweite Steuerleitung second control line
5252
dritte Steuerleitung third control line
5353
vierte Steuerleitung fourth control line
5454
erste Kammer first chamber
5555
zweite Kammer second chamber
5656
Trennwand partition wall
5757
Überströmrohre overflow tubes
5858
Austrittsöffnung outlet opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0835411 B1 [0002] EP 0835411 B1 [0002]
  • DE 102008039141 A1 [0003] DE 102008039141 A1 [0003]

Claims (15)

Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit einem Verbrennungsmotor (1), dessen Leistungsabgabe mittels Drehzahlvariation regelbar ist und der ein Drosselorgan (35) in seinem Ansaugtrakt (22, 32, 34, 37) aufweist, mit mindestens einem Abgaswärmetauscher (11), der mit dem Verbrennungsmotor (1) verbunden ist, um die vom Verbrennungsmotor (1) erzeugte Wärme einer Wärmenutzung (17) zuzuführen, mit einem durch den Verbrennungsmotor (1) angetriebenen elektrischen Generator (2), mit einem Umrichter (3), dessen Eingangsanschluss (5) mit dem Generator (2) und dessen Ausgangsanschluss (6) mit lokalen Verbrauchern (8) und/oder mit einer Einspeiseschnittstelle (9) eines Stromnetzes (10) verbunden ist, wobei der Umrichter (3) die vom Generator (2) erzeugte elektrische Energie in Bezug auf Spannung, Frequenz und Leistungsbedarf an die von den lokalen Verbrauchern (8) oder dem Stromnetz (10) benötigten Werte anpasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine regelbare Abgasrückführung (38) mit einem Abgasregelventil (39), am Verbrennungsmotor (1) vorgesehen ist, dass im Zusammenwirken mit dem Drosselorgan (35) die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (1) an den Bedarf elektrischer Leistung oder den Wärmebedarf anpassbar ist, wobei durch eine Steuerung sichergestellt wird, dass der Verbrennungsmotor (1) vorzugsweise bei einem im Wesentlichen konstanten Mitteldruck im Bereich von 5 bar bis 8 bar betrieben wird.Combined heat and power plant with an internal combustion engine ( 1 ), whose power output can be regulated by means of speed variation and which is a throttle element ( 35 ) in its intake tract ( 22 . 32 . 34 . 37 ), with at least one exhaust gas heat exchanger ( 11 ), with the internal combustion engine ( 1 ) is connected to the engine ( 1 ) generated heat use of heat ( 17 ), with a by the internal combustion engine ( 1 ) powered electric generator ( 2 ), with an inverter ( 3 ), whose input terminal ( 5 ) with the generator ( 2 ) and its output terminal ( 6 ) with local consumers ( 8th ) and / or with a feed-in interface ( 9 ) of a power grid ( 10 ), the inverter ( 3 ) from the generator ( 2 ) produced electrical energy in terms of voltage, frequency and power consumption to those of local consumers ( 8th ) or the power grid ( 10 ), characterized in that a controllable exhaust gas recirculation ( 38 ) with an exhaust control valve ( 39 ), on the internal combustion engine ( 1 ) is provided that in cooperation with the throttle body ( 35 ) the engine speed of the internal combustion engine ( 1 ) is adaptable to the requirement of electrical power or the heat demand, whereby a control ensures that the internal combustion engine ( 1 ) is preferably operated at a substantially constant mean pressure in the range of 5 bar to 8 bar. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (35) im Bereich der höchsten Motordrehzahl zumindest weitgehend geöffnet ist und bei geringeren Motordrehzahlen stets soweit schließbar ist, dass eine mit der Drosselung verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors (1) ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt.Cogeneration plant according to claim 1, characterized in that the throttle body ( 35 ) is at least largely open in the region of the highest engine speed and is always closable at lower engine speeds to the extent that a deterioration in the efficiency of the internal combustion engine associated with the throttling ( 1 ) does not exceed a predetermined amount. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei größeren Änderungen des Bedarfs an elektrischer Leistung die Einregelung einer passenden Motordrehzahl durch ein stärkeres oder vollständiges Öffnen oder Schließen des Drosselorgans (35) unterstützbar ist, bis die passende Motordrehzahl erreicht ist. Cogeneration plant according to claim 1 or 2, characterized in that for larger changes in the demand for electrical power Einregelung a suitable engine speed by a stronger or complete opening or closing of the throttle body ( 35 ) is supported until the appropriate engine speed is reached. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit (40) aufweist, die Daten über den Betriebszustand des Umrichters (3) und/oder des Generators (2) und/oder Signale von Sensoren (45, 46, 47, 49) auswertet, aus denen der elektrische Leistungsbedarf und/oder der Wärmebedarf ermittelbar ist, und dass die Steuereinheit (40) zur Regelung der vom Verbrennungsmotor (1) abgegebenen Leistung auf das Drosselorgan (35) und das Abgasregelventil (39) einwirkend ausgebildet ist.Cogeneration plant according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control unit ( 40 ), the data on the operating state of the inverter ( 3 ) and / or the generator ( 2 ) and / or signals from sensors ( 45 . 46 . 47 . 49 ), from which the electrical power requirement and / or the heat demand can be determined, and that the control unit ( 40 ) for controlling the combustion engine ( 1 ) delivered power to the throttle body ( 35 ) and the exhaust control valve ( 39 ) is formed acting. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gasmischer (24) zur Herstellung eines dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführenden Brennstoff-Luft-Gemisches aus einem brennbaren Gas und Luft aufweist und dass zur Regelung des Anteils von brennbarem Gas im Gemisch ein Gasregelventil (28) vorgesehen ist, welches durch die Steuereinheit (40) regelbar ist.Cogeneration plant according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a gas mixer ( 24 ) for producing a combustion engine ( 1 ) comprises a fuel-air mixture of a combustible gas and air and that for controlling the proportion of combustible gas in the mixture, a gas control valve ( 28 ) provided by the control unit ( 40 ) is controllable. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Gasströmungsrichtung nach dem Gasmischer (24) ein Ansaugdämpfer (33) angeordnet ist, der aus mehreren Kammern (54, 55) und mehreren die Kammern (54, 55) verbindenden Überströmrohren (57) besteht.Cogeneration plant according to claim 5, characterized in that in the gas flow direction after the gas mixer ( 24 ) an intake damper ( 33 ), which consists of several chambers ( 54 . 55 ) and several the chambers ( 54 . 55 ) connecting overflow pipes ( 57 ) consists. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (38) in ein Gemischrohr (32) zwischen dem Gasmischer (24) und dem Ansaugdämpfer (33) oder direkt in die erste Kammer (54) des Ansaugdämpfers (33) mündet.Cogeneration plant according to claim 5 or 6, characterized in that the exhaust gas recirculation ( 38 ) into a mixture tube ( 32 ) between the gas mixer ( 24 ) and the intake silencer ( 33 ) or directly into the first chamber ( 54 ) of the intake damper ( 33 ) opens. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom nach dem Verbrennungsmotor (1) eine Lambda Sonde (46) angeordnet ist, die mit der Steuereinheit (40) verbunden ist und dass die Steuereinheit derart auf das Gasregelventil (28) und/oder das Abgasregelventil (39) einwirkend ausgebildet ist, dass ein vorgegebenes Verhältnis von nicht brennbaren Gasen zu brennbarem Gas eingehalten wird.Cogeneration plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust gas flow to the internal combustion engine ( 1 ) a lambda probe ( 46 ) arranged with the control unit ( 40 ) and that the control unit is connected to the gas control valve ( 28 ) and / or the exhaust control valve ( 39 ) is designed so that a predetermined ratio of non-combustible gases to combustible gas is maintained. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom (12) nach dem Verbrennungsmotor (1) mindestens ein Temperatursensor (47), vorzugsweise für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors (1) ein gesonderter Temperatursensor, angeordnet und mit der Steuereinheit (40) verbunden ist und dass die Steuereinheit (40) derart auf das Abgasregelventil (39) und/oder das Gasregelventil (28) einwirkend ausgebildet ist, dass eine vorgegebene Abgastemperatur oder ein Abgastemperaturbereich eingehalten wird.Cogeneration plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust gas flow ( 12 ) after the combustion engine ( 1 ) at least one temperature sensor ( 47 ), preferably for each cylinder of the internal combustion engine ( 1 ) a separate temperature sensor, arranged and with the control unit ( 40 ) and that the control unit ( 40 ) in such a way on the exhaust gas control valve ( 39 ) and / or the gas control valve ( 28 ) is formed acting, that a predetermined exhaust gas temperature or an exhaust gas temperature range is maintained. Verfahren zum Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines im Wesentlichen stabilen Betriebszustandes der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage die Steuereinheit (40) die von den Verbrauchern (8) benötigte oder für die Netzeinspeisung (9) vorgesehene elektrische Leistung überwacht und die zur Erzeugung dieser elektrischen Leistung erforderliche Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) oder des Generators (2) konstant hält, indem sie die Stärke des rückgeführten Abgasstromes über das Abgasregelventil (39) regelt, wobei das Drosselorgan (35) die Einregelung der passenden Motordrehzahl unterstützend geregelt wird.Method for operating a combined heat and power plant according to one of the preceding claims, characterized in that during a substantially stable operating state of the cogeneration plant, the control unit ( 40 ) by consumers ( 8th ) or for the grid feed ( 9 ) provided electric power monitored and required for generating this electrical power speed of the internal combustion engine ( 1 ) or the generator ( 2 ) keeps constant, by the strength of the recirculated exhaust gas flow through the exhaust gas control valve ( 39 ) regulates, whereby the throttling organ ( 35 ) the adjustment of the appropriate engine speed is supported supportive. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer größeren Änderung des Bedarfs elektrischer Leistung die Einregelung einer zum neuen Leistungsbedarf passenden Motordrehzahl dadurch beschleunigt wird, dass die Steuereinheit (40) zusätzlich zum Abgasregelventil (39) kurzfristig auch das Drosselorgan (35) im Sinne der Änderung des Leistungsbedarfs regelt, bis die passende Motordrehzahl erreicht ist.A method according to claim 10, characterized in that the controlling on matching to the new power demand motor speed is accelerated by the occurrence of a larger change in demand for electric power, that the control unit ( 40 ) in addition to the exhaust control valve ( 39 ) in the short term, the throttle body ( 35 ) in terms of changing the power demand until the appropriate engine speed is reached. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (35) unter Beibehaltung der für den momentanen Bedarf an elektrischer Leistung oder den momentanen Wärmebedarf passenden Motordrehzahl immer soweit geschlossen wird, dass eine durch die Drosselung bewirkte Verschlechterung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors (1) ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the throttle member ( 35 ) while maintaining the appropriate for the current demand for electrical power or the current heat demand engine speed is always closed so far that caused by the throttling deterioration of the efficiency of the internal combustion engine ( 1 ) does not exceed a predetermined amount. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) quasi im Magerbetrieb läuft und ein dafür erforderlicher Luftüberschuss durch eine Zumischung von Abgas ersetzt wird, vorzugsweise eine Zumischung in Höhe von 20 %. Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) runs quasi in lean operation and a required excess air is replaced by an admixture of exhaust gas, preferably an admixture in the amount of 20%. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Abgastemperatur durch Zumischung von gekühltem Abgas eingeregelt wird.A method according to claim 13, characterized in that a predetermined exhaust gas temperature is adjusted by admixing cooled exhaust gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erforderliche Änderung der Motordrehzahl durch eine Ansteuerung des Umrichters (3) unterstützt wird, bei der die elektrische Belastung des Generators (2) zur Erhöhung der Motordrehzahl verringert und zur Verringerung der Motordrehzahl erhöht wird.Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that a required change in the engine speed by driving the inverter ( 3 ), in which the electrical load of the generator ( 2 ) is decreased to increase the engine speed and increased to reduce the engine speed.
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