Die Erfindung betrifft ein Blockheizkraftwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannten Art.The invention relates to a combined heat and power plant known in the preamble of claim 1 Art.
Blockheizkraftwerke der betreffenden Art sind bekannt zur kostengünstigen sowie umweltfreundlichen Deckung des Energiebedarfs von Gebäuden, wie es privat, gewerblich wie auch öffentlich genutzte Objekte sein können.Combined heat and power plants of the type in question are known for cost-effective and environmentally friendly coverage of the energy needs of buildings, as it may be private, commercial as well as public buildings.
Darüber hinaus dienen Blockheizkraftwerke der betreffenden Art insbesondere dazu, Mehrfamilienhäuser mit Energie zu versorgen. Dazu sehen Bockheizkraftwerke eine Kraft-Wärme-Kopplung vor, um insbesondere elektrische Energie zu erzeugen wie auch die dabei anfallende Wärme zur Versorgung des betreffenden Objektes bzw. der betreffenden Objekte mit Wärmeenergie zu nutzen. Im Weiteren wird verkürzt der Singular Objekt umfassend auch für den Plural dieses Begriffes verwendet.In addition, block heat and power plants of the type in question are used in particular to supply multi-family houses with energy. For this purpose, Bockheizkraftwerke provide a combined heat and power to generate in particular electrical energy as well as the heat accumulating to supply the object in question or the objects in question with heat energy to use. In addition, the singular object is also shortened to include the plural of this term.
Ferner sind Blockheizkraftwerke der betreffenden Art dazu ausgebildet und eingerichtet, um sogenannte Überproduktionen von Strom in ein Netzwerk, wie dies beispielsweise ein öffentliches Stromnetz sein kann, einzuspeisen, um diese für weitere Objekte zu nutzen.Furthermore, combined heat and power plants of the type in question are designed and set up to feed so-called overproductions of electricity into a network, such as may be a public power grid, in order to use them for other objects.
Die von einem Blockheizkraftwerk erzeugte Wärmeenergie dient vorrangig zu Heizzwecken und der Erzeugung von Warmwasser für das betreffende Objekt. Dazu ist ein Blockheizkraftwerk der betreffenden Art mit entsprechenden Kreisläufen des Objektes bzw. der Objekte verbunden.The heat energy generated by a combined heat and power plant is used primarily for heating purposes and the production of hot water for the object in question. For this purpose, a combined heat and power plant of the type in question is connected to corresponding circuits of the object or objects.
Im Weiteren wird zur verkürzenden Schreibweise der Begriff ”Objekt” vorwiegend im Singular verwendet, der ebenfalls den Plural dieses Begriffes umfasst.In the following, for the sake of brevity, the term "object" is used predominantly in the singular, which likewise includes the plural of this term.
Für die Energiegewinnung wird in der Regel eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, die beispielsweise durch einen Kolbenmotor, insbesondere einen Otto- wie auch Dieselmotor, gebildet sein kann. Mittels der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kolbenmotors wird die für die Energieversorgung des betreffenden Objektes benötigte Energie erzeugt.As a rule, an internal combustion engine is used for energy, which can be formed, for example, by a piston engine, in particular an Otto as well as a diesel engine. By means of the internal combustion engine or the piston engine, the energy required for the energy supply of the object in question is generated.
Es sind Blockheizkraftwerke der betreffenden Art bekannt, bei denen ein sogenannter Abgasturbolader verwendet wird, um die Leistung einer Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen, ohne insbesondere dessen Hubraum verändern zu müssen.There are known cogeneration units of the type in question, in which a so-called exhaust gas turbocharger is used to increase the performance of an internal combustion engine, without having to change its displacement in particular.
Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise eines Abgasturboladers werden nachfolgend kurz und stellvertretend für eine Verbrennungskraftmaschine anhand der Verwendung bei einem Kolbenmotor beschrieben.The basic structure and operation of an exhaust gas turbocharger are described below briefly and representative of an internal combustion engine based on the use of a piston engine.
Abgasturbolader dienen insbesondere der Leistungssteigerung von Kolbenmotoren, indem der Gemischdurchsatz von Brennstoff und Luft pro Arbeitstakt erhöht wird.Exhaust gas turbochargers are used in particular to increase the performance of piston engines by the mixture throughput of fuel and air per stroke is increased.
Kolbenmotoren ohne Abgasturbolader (sogenannte Saugmotoren) haben die Eigenschaft, dass durch die Bewegung der/des Kolben(s) in dem jeweiligen Verbrennungsraum ein Unterdruck im Ansaugtrakt erzeugt wird, wodurch die für die Verbrennung des Brennstoffes im Verbrennungsraum (nachfolgend auch als Arbeitszylinder bezeichnet) notwendige Luft angesaugt wird.Piston engines without turbocharger (so-called naturally aspirated) have the property that by the movement of the piston (s) in the respective combustion chamber, a negative pressure in the intake tract is generated, whereby the combustion of the fuel in the combustion chamber (hereinafter also referred to as working cylinder) necessary Air is sucked in.
Bei erhöhter Drehzahl der Kurbelwelle des Kolbenmotors, an dem die Kolben im Zusammenwirken mit dem Verbrennungsraum (u. a. auch als Arbeitszylinder bzw. Zylinder bezeichnet) zur Bildung eines Schubkurbeltriebs angeordnet sind, ist der durch die Kolbenbewegung in dem Verbrennungsraum entstehende Unterdruck nicht beliebig steigerbar, so dass die Förderung der Menge eines Brennstoff-Luft-Gemisches (nachfolgend auch als Verbrennungsgas bezeichnet) in den Verbrennungsraum limitiert ist, wodurch ebenfalls die Leistung des Motors begrenzt ist.At an increased rotational speed of the crankshaft of the piston engine, on which the pistons are arranged in cooperation with the combustion chamber (also known as working cylinder or cylinder) to form a sliding crank, the negative pressure resulting from the piston movement in the combustion chamber can not be increased arbitrarily, so that the promotion of the amount of a fuel-air mixture (hereinafter also referred to as combustion gas) is limited in the combustion chamber, whereby also the power of the engine is limited.
Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, ist die Erzeugung eines Ladedrucks im Verbrennungsraum. Dieser Vorgang wird häufig auch als Aufladen bzw. der erzeugte Ladedruck als Aufladung bezeichnet. Dies ermöglicht insbesondere bei Kolbenmotoren ein Abgasturbolader.One way to counteract this is to generate a boost pressure in the combustion chamber. This process is often referred to as charging or the generated boost pressure as a charge. This allows an exhaust gas turbocharger, in particular in piston engines.
Ein Abgasturbolader weist u. a. einen Grundkörper mit einer Turbine wie auch einem Verdichter auf, wobei Turbine und Verdichter strukturell ähnlich aufgebaut sein können. Turbine und Verdichter sind derart miteinander verbunden, dass die Turbine während ihres Betriebs eines Blockheizkraftwerkes durch Nutzung der, insbesondere kinetischen, Energie der Abgase eine Antriebsbewegung für den Verdichter erzeugt. Dazu ist das Turbinenrad beispielsweise und insbesondere durch die Abgase drehantreibbar in einem Turbinenraum angeordnet und drehfest mit einem Verdichterrad verbunden, welches wiederum zur Verdichtung des Verbrennungsgases drehbar in einem Verdichterraum angeordnet ist. Dabei wird der Turbinenraum während des Betriebs des Kolbenmotors (bzw. der Verbrennungskraftmaschine) durch das den Turbinenraum durchströmende Abgas angetrieben. Die Antriebsbewegung wird schließlich von dem Turbinenrad beispielsweise mittels einer gemeinsamen Welle auf das Verdichterrad des Verdichters übertragen.An exhaust gas turbocharger has u. a. a body with a turbine as well as a compressor, wherein turbine and compressor structurally similar may be constructed. Turbine and compressor are interconnected so that the turbine generates a drive movement for the compressor during their operation of a combined heat and power plant by using the, in particular kinetic, energy of the exhaust gases. For this purpose, the turbine wheel, for example and in particular by the exhaust gases rotatably arranged in a turbine room and rotatably connected to a compressor, which in turn is arranged to compress the combustion gas rotatably in a compressor room. During the operation of the piston engine (or the internal combustion engine), the turbine space is driven by the exhaust gas flowing through the turbine space. The drive movement is finally transmitted from the turbine wheel, for example by means of a common shaft to the compressor wheel of the compressor.
Durch das Verdichterrad wird ein Ladedruck erzeugt, der für eine entsprechende Befüllung des Verbrennungsraumes mit Verbrennungsgas sorgt, wodurch schließlich die Leistung des Kolbenmotors gesteigert wird. By the compressor wheel, a boost pressure is generated, which ensures a corresponding filling of the combustion chamber with combustion gas, whereby finally the power of the piston engine is increased.
Ferner ist es möglich, den sogenannten Staudruck des Abgases als Energiequelle zu nutzen, um den Verdichter zu betreiben.Furthermore, it is possible to use the so-called back pressure of the exhaust gas as an energy source to operate the compressor.
Folglich weisen Blockheizkraftwerke der betreffenden Art zur Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Kolbenmaschine u. a. einen Abgasturbolader mit einem Grundkörper auf, der wiederum einen bei Betrieb des Blockheizkraftwerkes von Abgas durchströmten Turbinenraum aufweist, in dem ein durch das Abgas abgasdrehantreibbares Turbinenrad angeordnet ist.Consequently, cogeneration plants of the type in question to increase the performance of the internal combustion engine or the piston engine u. a. an exhaust gas turbocharger with a base body, which in turn has a flowed through during operation of the cogeneration plant exhaust gas turbine chamber in which an exhaust gas rotatably driven by the exhaust gas turbine wheel is arranged.
Nachfolgend wird zur verkürzenden Schreibweise zusammenfassend der Begriff Verbrennungskraftmaschine verwendet, der insbesondere synonym u. a. auch für Kolbenmaschinen verwendet wird.In the following, for the sake of brevity, the term "internal combustion engine" will be used in its entirety. a. also used for piston engines.
Die im Weiteren beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes bilden erfindungszugehörige, beispielsweise und insbesondere Ausführungsoptionen.The embodiments of a combined heat and power plant according to the invention which are described below form fictitious ones, for example and in particular design options.
Zur Begrenzung der Leistungserhöhung sind Mittel zur Drehzahlbegrenzung des Turbinenrades vorgesehen, um insbesondere die Verbrennungskraftmaschine nicht zu überlasten.To limit the power increase means are provided for limiting the speed of the turbine wheel, in particular not to overload the internal combustion engine.
Derartige Mittel zur Drehzahlbegrenzung sind beispielsweise durch Stellglieder zur Unterdruckregelung gebildet, wie es Ventile sein können, die bei Erreichen eines voreingestellten Drucks für den Verdichterraum eine Druckbegrenzung z. B. durch Öffnen das Ableiten eines Teils des Abgasstromes ermöglichen.Such means for limiting the speed are formed, for example, by actuators for negative pressure control, as it may be valves which, upon reaching a preset pressure for the compressor chamber, a pressure relief z. B. allow by opening the discharge of a portion of the exhaust stream.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Blockheizkraftwerk anzugeben, das auf einfache Art und Weise an verschiedene Brennstoffe zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine des Blockheizkraftwerkes angepasst werden kann.The invention has for its object to provide a cogeneration plant, which can be easily adapted to different fuels for operating the internal combustion engine of the cogeneration plant.
Die Erfindung löst sich von dem Gedanken, ein Blockheizkraftwerk anzugeben, bei dem die Motorsteuerung das Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine des Blockheizkraftwerkes entsprechend dem jeweiligen Brennstoff anpassend steuert bzw. regelt, wodurch der Nachteil entsteht, dass die Leistungsabgabe des Blockheizkraftwerkes entsprechend gemindert ist.The invention is based on the idea of specifying a combined heat and power plant, in which the engine control controls the operating behavior of the internal combustion engine of the cogeneration plant according to the respective fuel adaptively, whereby the disadvantage arises that the power output of the cogeneration plant is correspondingly reduced.
Ferner entfernt sich die Erfindung von dem Gedanken, zur Lösung der Aufgabe für das Blockheizkraftwerk eine Verbrennungskraftmaschine mit einer höheren Leistungsfähigkeit vorzusehen, um dadurch einen verminderten Brennwert des Brennstoffes durch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer höheren Leistungsfähigkeit auszugleichen, um diese zur Erzielung einer gewünschten Leistung auf einem geminderten Leistungsniveau zu betreiben. Daraus würden insbesondere höhere Herstellungskosten für ein Blockheizkraftwerk resultieren. Ferner kann ein optimaler Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine nur mit unangemessen erhöhtem Aufwand bzw. nicht erreicht werden, so dass der Verbrauch an Brennstoff während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine steigt.Further, the invention deviates from the idea to provide a combustion engine with a higher performance to solve the task for the cogeneration plant, thereby to compensate for a reduced calorific value of the fuel by an internal combustion engine with a higher performance in order to achieve a desired performance on a reduced Performance level. This would result in particular higher production costs for a combined heat and power plant. Further, an optimal operating point of the internal combustion engine can be achieved only with unreasonably increased effort or not, so that the consumption of fuel during operation of the internal combustion engine increases.
Der Erfindung liegt zur Lösung der Aufgabe der Grundgedanke zugrunde, die Verwendung eines Abgasturboladers vorzusehen, der hinsichtlich seiner Leistung erfindungsgemäß derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass eine mechanische Adaption des Abgasturboladers (und damit der Verbrennungskraftmaschine) an verschiedene Brennstoffe möglich ist.The invention is based on the solution of the object of the basic idea to provide the use of an exhaust gas turbocharger, which is configured and designed according to the invention in terms of its performance, that a mechanical adaptation of the exhaust gas turbocharger (and thus the internal combustion engine) to different fuels is possible.
Dadurch eröffnet sich ebenfalls die Möglichkeit, die Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes mechanisch auf überraschend einfache Art und Weise auf ein gewünschtes Niveau zu begrenzen, woraus Kostenvorteile im Hinblick auf die Herstellung eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes resultieren.This also opens up the possibility of limiting the power output of the internal combustion engine of a cogeneration plant according to the invention mechanically in a surprisingly simple manner to a desired level, resulting in cost advantages with regard to the production of a combined heat and power plant according to the invention.
Darüber hinaus ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit, eine mechanische Manipulationsbarriere zu realisieren, die verhindert, dass das Leistungsverhalten der Verbrennungskraftmaschine auf unerwünschte Art und Weise durch Manipulation des Abgasturboladers verändert wird, woraus eine höhere Beanspruchung der Verbrennungskraftmaschine resultiert, die zu einem frühzeitigen Ausfall bzw. einer geringeren Standzeit eines Blockheizkraftwerkes führt.Moreover, the invention provides the possibility of realizing a mechanical manipulation barrier which prevents the performance of the internal combustion engine from being undesirably changed by manipulation of the exhaust gas turbocharger, resulting in a higher load on the internal combustion engine leading to premature failure or failure . leads a shorter service life of a cogeneration plant.
Die Erfindung löst die Aufgabe schließlich dadurch, dass die Mittel zur Drehzahlbegrenzung des Turbinenrades in dem Turbinenraum angeordnet sind und ein zwischen Grundkörper und Turbinenrad eingesetztes, separates Drehzahlbegrenzungselement aufweisen, das mit dem Turbinenrad einen Strömungsspalt begrenzt.The invention finally achieves the object in that the means for limiting the speed of the turbine wheel are arranged in the turbine chamber and have a separate speed limiting element inserted between the main body and the turbine wheel, which limits a flow gap with the turbine wheel.
Dadurch entsteht der Vorteil, dass eine Kalibrierung eines Blockheizkraftwerkes auf einfache Art und Weise dadurch erreicht werden kann, indem ein entsprechendes Drehzahlbegrenzungselement verwendet wird, das die Drehzahl des Turbinenrades durch Vorgabe eines bestimmten Strömungsspaltes auf eine maximale Drehzahl begrenzt.This provides the advantage that a calibration of a cogeneration plant can be achieved in a simple manner by using a corresponding speed limiting element, which is the speed of the turbine wheel limited by specifying a certain flow gap to a maximum speed.
Ferner wird erreicht, dass ein Blockheizkraftwerk auf einfache Art und Weise für verschiedene Brennstoffe eingestellt werden kann, indem ein für den Brennstoff vorgesehenes Drehzahlbegrenzungselement in den Grundkörper des Abgasturboladers eingesetzt wird.Furthermore, it is achieved that a cogeneration plant can be adjusted in a simple manner for different fuels by a provided for the fuel speed limiting element is inserted into the body of the exhaust gas turbocharger.
Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, den Abgasturbolader entsprechend vor Manipulationen geschützt auszuführen, so dass Manipulationen an dem Abgasturbolader durch eine entsprechende Gestaltung unterbunden bzw. erschwert werden kann.In this way, it is also possible to perform the exhaust gas turbocharger accordingly protected against manipulation, so that manipulation of the exhaust gas turbocharger can be prevented or made difficult by appropriate design.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehzahlbegrenzungselement zur Bildung eines ringformartigen Strömungsspaltes eingerichtet und ausgebildet ist. Dadurch entsteht der Vorteil, dass das Turbinenrad während dessen Drehung bzw. Rotation, die sich bei Beströmen des Turbinenrades mit dem in Betrieb des Blockheizkraftwerkes entstehendem Abgas einstellt, im Wesentlichen gleichmäßig radial belastet wird, so dass insbesondere die Lagerung des Turbinenrades nicht unnötig hohen Belastungen ausgesetzt ist. Demzufolge kann durch die Bildung eines ringformartigen Strömungsspaltes insbesondere die Standzeit eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes erhöht werden.An advantageous development of the invention provides that the speed limiting element is set up and designed to form a ring-shaped flow gap. This results in the advantage that the turbine wheel during its rotation or rotation, which adjusts when the turbine wheel flows with the emerging in operation of the cogeneration plant exhaust gas, is substantially evenly radially loaded, so that in particular the storage of the turbine wheel is not exposed to unnecessarily high loads is. Accordingly, in particular the service life of a cogeneration plant according to the invention can be increased by the formation of a ring-shaped flow gap.
Dazu sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Drehzahlbegrenzungselement derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass das bei Betrieb des Blockheizkraftwerkes das Turbinenrad passierende Abgas durch eine Strömungsdurchgangsöffnung aus dem Turbinenraum in einen strömungstechnisch daran anschließenden Abgasströmungskanal des Abgasturboladers strömt. Dadurch bildet das zwischen Grundkörper und Turbinenrad eingesetzte Drehzahlbegrenzungselement einen Übergang der Abgase von dem Turbinenraum in den strömungstechnisch daran nachgeordneten Abgasströmungskanal des Abgasturboladers. Erfindungsgemäß passieren dabei die Abgase bzw. ein Teil der Abgase das Turbinenrad und gelangen dadurch in den zuvor genannten Abgasströmungskanal, welcher über das Drehzahlbegrenzungselement in den Turbinenraum mündet.To this end, a further advantageous development of the invention provides that the speed limiting element is set up and designed such that the exhaust gas passing through the turbine wheel during operation of the cogeneration plant flows through a flow passage opening from the turbine chamber into an exhaust gas flow channel of the exhaust gas turbocharger adjoining it in terms of flow. As a result, the speed limiting element inserted between the main body and the turbine wheel forms a transition of the exhaust gases from the turbine chamber into the downstream exhaust gas flow channel of the exhaust gas turbocharger. According to the invention, the exhaust gases or part of the exhaust gases pass through the turbine wheel and thereby reach the previously mentioned exhaust gas flow channel, which opens into the turbine space via the speed limiting element.
Dabei ist es erfindungsgemäß ebenfalls möglich, dass die Abgase über einen Bypass an dem Strömungskanal vorbei geführt werden. Dieser Bypass kann beispielsweise auf einfache Art und Weise durch einen Bypass-Kanal erfolgen, der in dem Drehzahlbegrenzungselement gebildet ist und einen Teil des Abgases unter Umgehung des Strömungsspaltes in den Abgasströmungskanal leitet, der dem Turbinenrad nachgeordnet ist. Der Bypass kann beispielsweise und insbesondere die Abgase aus dem Turbinenraum in den zu vor genannten Abgasströmungskanals leiten.It is according to the invention also possible that the exhaust gases are passed over a bypass to the flow channel over. This bypass can for example be carried out in a simple manner by a bypass channel which is formed in the speed limiting element and directs a portion of the exhaust gas, bypassing the flow gap in the exhaust gas flow channel, which is arranged downstream of the turbine. The bypass can, for example, and in particular direct the exhaust gases from the turbine chamber in the above-mentioned exhaust gas flow channel.
Das Drehzahlbegrenzungselement kann auf verschiedene Art und Weise gestaltet sein. Strömungstechnisch kann das Drehzahlbegrenzungselement in Strömungsrichtung des Abgases derart zum Turbinenrad angeordnet sein, dass das Turbinenrad wenigstens abschnittsweise in einer Strömungsdurchgangsöffnung des Drehzahlbegrenzungselementes angeordnet ist, wie dies in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung berücksichtigt ist.The speed limiting element can be designed in various ways. In terms of flow, the speed limiting element can be arranged in the flow direction of the exhaust gas to the turbine wheel, that the turbine wheel is at least partially disposed in a flow passage opening of the speed limiting element, as is considered in an advantageous embodiment of the invention.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass durch die Gestaltung und Anordnung des Drehzahlbegrenzungselementes im Zusammenwirken mit dem Turbinenrad der Strömungsspalt auf ein gewünschtes Maß auf einfache Art und Weise begrenzt werden kann, wodurch gleichsam die Drehzahl des Turbinenrades auf einen maximal erreichbaren Wert eingestellt bzw. kalibriert werden kann.Thereby, the advantage is achieved that can be limited by the design and arrangement of the speed limiting element in cooperation with the turbine wheel, the flow gap to a desired level in a simple manner, which as quasi set the speed of the turbine wheel to a maximum achievable value or calibrated can.
Darüber hinaus wird dadurch erreicht, dass variabel einstellbare bzw. regelbare Stellglieder zur Einstellung des Ladedrucks entfallen können, wodurch insbesondere Kostenvorteile entstehen. Ferner ist die Anzahl der notwendigen Einzelteile reduziert, so dass dadurch ebenfalls die Standzeit eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes begünstigt ist.In addition, it is achieved that variably adjustable or controllable actuators can be omitted for adjusting the boost pressure, which in particular cost advantages. Furthermore, the number of necessary items is reduced, so that thereby also the service life of a cogeneration plant according to the invention is favored.
Durch die Strömungsdurchgangsöffnung ist erreicht, dass strömungstechnisch der Turbinenraum mit einem dem Turbinenraum nachgeordneten Abschnitt des Abgasströmungskanals des Abgasturboladers verbunden ist.Through the flow passage opening is achieved that fluidly the turbine chamber is connected to a downstream of the turbine chamber portion of the exhaust gas flow channel of the exhaust gas turbocharger.
Zur Bildung eines ringformartigen Strömungsspaltes sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Strömungsquerschnitt der Strömungsdurchgangsöffnung wenigstens abschnittsweise rotationssymmetrisch geformt ist. Dadurch entsteht wiederum der Vorteil, dass vorzugsweise durch die Gestaltung des Strömungsquerschnittes der Strömungsdurchgangsöffnung erreicht ist, dass durch Zusammenwirken mit dem Turbinenrad ein ringformartiger Strömungsspalt realisiert ist.In order to form a ring-shaped flow gap, a further advantageous development of the invention provides that the flow cross-section of the flow passage opening is shaped rotationally symmetrical at least in sections. This in turn gives rise to the advantage that preferably the design of the flow cross-section of the flow passage opening ensures that a ring-shaped flow gap is realized by cooperation with the turbine wheel.
Begünstigend dazu kann die Ausbildung eines ringformartigen Strömungsspaltes dadurch erreicht werden, dass eine Strömungsachse der Strömungsdurchgangsöffnung im Wesentlichen koaxial zur Drehachse des Turbinenrades angeordnet ist, wie dies in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist.Favorable to the formation of a ring-shaped flow gap can be achieved in that a flow axis of the flow passage opening is arranged substantially coaxially to the axis of rotation of the turbine wheel, as provided in a further advantageous embodiment of the invention.
Erfindungsgemäß ist die Strömungsachse der Strömungsduchgangsöffnung im Wesentlichen in bzw. zur Mitte des geometrischen Strömungsquerschnittes und in Strömungsrichtung des Abgases ausgebildet, so dass die Strömungsachse insbesondere zur geometrischen Mitte der Strömungsdurchgangsöffnung des Strömungselementes angeordnet ist.According to the invention, the flow axis of the flow passage opening is substantially in or to the center of the geometric Flow cross-section and formed in the flow direction of the exhaust gas, so that the flow axis is arranged in particular to the geometric center of the flow passage opening of the flow element.
Durch die erfindungsgemäß eingestellte Koaxialität zwischen Strömungsachse und Drehachse des Turbinenrades ist erreicht, dass eine möglichst geringfügige Verwirbelung der Abgase entsteht, welche insbesondere zu einer erhöhten Lärmentwicklung beitragen kann.By the present invention set coaxiality between the flow axis and the axis of rotation of the turbine wheel is achieved that the smallest possible turbulence of the exhaust gases, which may contribute in particular to increased noise.
Erfindungsgemäß ist ebenfalls vorgesehen, dass beispielsweise und insbesondere die Strömungsachse der Strömungsdurchgangsöffnung koaxial angeordnet ist zur Strömungsachse des daran nachgeordneten Abschnittes des Gasströmungskanals. Damit ist die Strömungsdurchgangsöffnung, insbesondere an ihrem dem Turbinenrad abgewandten Ende, in Strömungsrichtung des Abgases im Wesentlichen fluchtend angeordnet zu dem korrespondierenden Strömungsabschnitt des dem Turbinenrad nachgeordneten Abschnittes des Abgasströmungskanals.According to the invention, it is likewise provided that, for example, and in particular the flow axis of the flow passage opening is arranged coaxially to the flow axis of the downstream of the gas flow channel. Thus, the flow passage opening, in particular at its end facing away from the turbine wheel, arranged in the flow direction of the exhaust gas substantially in alignment with the corresponding flow section of the turbine wheel downstream portion of the exhaust gas flow channel.
Erfindungsgemäß ist dadurch erreicht, dass der Strömungsspalt zwischen die Strömungsdurchgangsöffnung begrenzenden Wandung des Drehzahlbegrenzungselementes und des wenigstens abschnittsweise in der Strömungsdurchgangsöffnung angeordneten Turbinenrades gebildet ist und dabei insbesondere ringförmig ausgebildet ist.According to the invention, it is achieved that the flow gap is formed between the wall of the rotational speed limiting element delimiting the flow passage opening and the turbine wheel arranged at least in sections in the flow passage opening, and in particular being of annular design.
Die Anordnung des Turbinenrades zu dem Drehzahlbegrenzungselement kann auf vielfältige Art und Weise erfolgen. Auf einfache Art und Weise kann das Turbinenrad wenigstens abschnittsweise in der Strömungsdurchgangsöffnung, insbesondere wenigstens abschnittsweise in der Verjüngung der Strömungsdurchgangsöffnung, angeordnet sein, wie dies in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist. Die Anordnung des Turbinenrades zu der Strömungsdurchgangsöffnung des Drehzahlbegrenzungselementes erfolgt beispielsweise und insbesondere in Strömungsrichtung des Abgases.The arrangement of the turbine wheel to the speed limiting element can be done in many ways. In a simple manner, the turbine wheel can be arranged at least partially in the flow passage opening, in particular at least in sections in the taper of the flow passage opening, as is provided in a further advantageous development of the invention. The arrangement of the turbine wheel to the flow passage opening of the speed limiting element takes place, for example, and in particular in the flow direction of the exhaust gas.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehzahlbegrenzungselement scheiben-, platten- oder hülsenformartig gebildet ist. Dadurch ist die geometrische Komplexität eines Drehzahlbegrenzungselementes für ein erfindungsgemäßes Blockheizkraftwerk auf einfache Art und Weise auf ein Minimum reduziert, so dass ebenfalls die Herstellung bzw. die Bearbeitung eines Drehzahlbegrenzungselementes für die Ausbildung eines gewünschten Strömungsspaltes vereinfacht ist.A further advantageous development of the invention provides that the speed limiting element is disk-shaped, plate-shaped or sleeve-shaped. As a result, the geometric complexity of a speed limiting element for an inventive combined heat and power plant is reduced to a minimum in a simple manner, so that also the production or processing of a speed limiting element for the formation of a desired flow gap is simplified.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehzahlbegrenzungselement fest verbunden an dem Grundkörper angeordnet ist, so dass damit erreicht ist, dass das Drehzahlbegrenzungselement lediglich in Abhängigkeit einer Zerstörung des Drehzahlbegrenzungselementes bzw. eines angrenzenden Bereiches dem Grundkörper entnommen werden kann, so dass damit eine Manipulationsbarriere zur Veränderung der Leistungswerte eines Blockheizkraftwerkes ermöglicht ist. Die Verbindung kann erfindungsgemäß form-, kraft- bzw. stoffschlüssig erfolgen, womit erfindungsgemäß auch eine Kombination der Verbindungsarten erfasst ist.A further advantageous development of the invention provides that the speed limiting element is fixedly connected to the base body, so that it is achieved that the speed limiting element can only be removed as a function of destruction of the speed limiting element or an adjacent area of the main body, so that so a manipulation barrier for changing the performance of a combined heat and power plant is made possible. According to the invention, the connection can take place in a positive, non-positive or cohesive manner, whereby according to the invention a combination of the types of connection is also detected.
Eine Manipulation des Drehzahlbegrenzungselementes bzw. des Abgasturboladers würde durch eine entsprechende Zerstörung bzw. Deformation des Abgasturboladers bzw. des Drehzahlbegrenzungselementes nachweisbar sein.A manipulation of the speed limiting element or of the exhaust gas turbocharger would be detectable by a corresponding destruction or deformation of the exhaust gas turbocharger or the speed limiting element.
Erfindungsgemäß ist daher unter dem Zustand ”fest verbunden” zu verstehen, dass das Drehzahlbegrenzungselement nicht zerstörungsfrei dem Grundkörper entnehmbar ist. Erfindungsgemäß kann – wie zuvor ausgeführt – die Zerstörung ggf. an dem Drehzahlbegrenzungselement bzw. an einem angrenzenden Bereich an dem Grundkörper nachgewiesen werden.According to the invention is therefore under the state "firmly connected" to understand that the speed limiting element is not destructively removed from the body. According to the invention - as stated above - the destruction may be detected on the speed limiting element or on an adjacent region on the base body.
Um während des Betriebs eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes den Ladedruck des Verbrennungsgases bzw. eine Aufladung des Verbrennungsraumes der Verbrennungskraftmaschine mit Verbrennungsgas zu begrenzen, kann eine Ladedruckregelung verwendet werden, die auf unterschiedliche Art und Weise realisiert sein kann. Der Begriff der Ladedruckregelung umfasst dabei erfindungsgemäß ebenfalls die Ladedrucksteuerung.In order to limit the boost pressure of the combustion gas or a charge of the combustion chamber of the internal combustion engine with combustion gas during operation of a cogeneration plant according to the invention, a boost pressure control can be used, which can be realized in different ways. The concept of boost pressure control according to the invention also includes the boost pressure control.
Eine Möglichkeit der Realisierung einer Ladedruckregelung, die erfindungsgemäß stellvertretend auch eine Ladedrucksteuerung umfasst, besteht darin, das überschüssig komprimierte Verbrennungsgas aus dem Verdichterraum bzw. dem nachgeordneten Ansaugtrakt durch ein Überdruckventil entweichen zu lassen, welches dazu bei Erreichen eines bestimmten Ladedrucks des Verbrennungsgases öffnet.One possibility of realizing a boost pressure control, which according to the invention also comprises a boost pressure control, consists in allowing the excessively compressed combustion gas to escape from the compressor chamber or the downstream intake tract through a pressure relief valve which opens when the combustion gas reaches a certain boost pressure.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Realisierung einer Ladedruckregelung abgastraktseitig durch Verwendung eines Bypass-Ventils oder eines Bypass-Kanals im Abgasstrom. Dabei wird z. B. bei Erreichen eines vorbestimmten Ladedrucks das Bypass-Ventil mittels eines Gebers auf der Verdichterseite geöffnet, wodurch ein Teil des Abgases über einen Bypass-Kanal an dem Turbinenrad vorbeigeführt wird.Another possibility is the realization of a boost pressure control abgastraktseitig by using a bypass valve or a bypass channel in the exhaust stream. This z. B. upon reaching a predetermined boost pressure, the bypass valve is opened by means of a transmitter on the compressor side, whereby a portion of the exhaust gas is passed over a bypass channel on the turbine wheel.
Analoges gilt bei Verwendung eines Bypass-Kanals unter Verzicht eines Bypass-Ventils, wodurch während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine permanent ein Teil des Abgases an dem Turbinenrad vorbeigeführt wird.The same applies when using a bypass channel waiving a bypass valve, which during operation of the internal combustion engine permanently a part of the exhaust gas is guided past the turbine wheel.
Zur Ladedruckregelung ist es daher möglich, unterschiedliche Stellglieder vorzusehen, durch die eine entsprechende Anpassung des Abgasdruckes wie auch des Ladedrucks durch einen Abgasturbolader vorgenommen werden kann.For boost pressure control, it is therefore possible to provide different actuators, by which a corresponding adjustment of the exhaust gas pressure as well as the boost pressure can be made by an exhaust gas turbocharger.
Erfindungsgemäß ist es jedoch möglich, insbesondere auf eine Ladedruckregelung zu verzichten. Derartige Abgasturbolader sind bei Fehlen einer Ladedruckregelung ungeregelt, was – wie zuvor bereits angemerkt – ebenfalls eine entsprechende Ladedrucksteuerung betrifft, so dass erfindungsgemäß unter dem Begriff ”ungeregelt” ebenfalls erfindungsgemäß die Eigenschaft ”ungesteuert” umfasst ist.According to the invention, however, it is possible to dispense in particular with a boost pressure control. Such exhaust gas turbochargers are unregulated in the absence of boost pressure control, which - as previously noted - also relates to a corresponding boost pressure control, so that according to the invention the term "unregulated" also includes the property "uncontrolled".
Die Verwendung eines Abgasturboladers führt dazu, dass im Betrieb des Blockheizkraftwerkes der Abgasturbolader erhitzt wird, so dass insbesondere über den Grundkörper des Abgasturboladers Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Um diese Wärmemenge möglichst gering zu halten, ist es erfindungsgemäß in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Turbinenraum des Abgasturboladers mindestens abschnittsweise in einem, insbesondere wenigstens abschnittsweise flüssigkeitsgekühlten, Abgassammelrohr gebildet ist.The use of an exhaust gas turbocharger causes the exhaust gas turbocharger to be heated during operation of the cogeneration plant, so that heat is released to the environment, in particular via the main body of the exhaust gas turbocharger. In order to keep this amount of heat as low as possible, it is inventively provided in a further advantageous embodiment of the invention that the turbine chamber of the exhaust gas turbocharger is at least partially formed in a, in particular at least partially liquid-cooled, exhaust manifold.
Dadurch ist auf vorteilhafte Weise erreicht, dass ein Teil des Abgasturboladers in dem Abgassammelrohr integriert ist, wodurch die Bauform eines erfindungsgemäß ausgeführten Blockheizkraftwerks reduziert werden kann. Ferner ist damit erreicht, dass die über den Abgasturbolader an die Umgebung abgegebene Wärmemenge reduziert werden kann, indem der Abgasturbolader direkt bzw. indirekt durch ein flüssigkeitsgekühltes Abgassammelrohr gekühlt werden kann.As a result, it is advantageously achieved that part of the exhaust-gas turbocharger is integrated in the exhaust-gas collecting pipe, as a result of which the design of a combined-cycle power plant designed according to the invention can be reduced. Furthermore, it is thus achieved that the amount of heat released via the exhaust gas turbocharger to the environment can be reduced by the exhaust gas turbocharger can be cooled directly or indirectly by a liquid-cooled exhaust manifold.
Dabei ist es erfindungsgemäß beispielsweise und insbesondere vorgesehen, dass der Turbinenraum in Strömungsrichtung in dem für das Abgas vorgesehenen Strömungskanal des Abgassammelrohres gebildet ist, so dass der Abgasturbolader über den Turbinenraum gekühlt werden kann.It is according to the invention, for example, and in particular provided that the turbine chamber is formed in the flow direction in the flow channel provided for the exhaust gas of the exhaust manifold, so that the exhaust gas turbocharger can be cooled via the turbine chamber.
Ergänzungen zu den vorstehenden Ausführungen ergeben sich im Weiteren anhand der Zeichnung und der dazu gehörigen Beschreibung. Daher wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes bzw. dessen erfindungsgemäße Bestandteile dargestellt sind. Dabei bilden alle beanspruchten beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale für sich genommen, sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.Additions to the above statements will become apparent hereinafter with reference to the drawings and the accompanying description. Therefore, the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, are shown in the embodiments of a cogeneration plant according to the invention or its components according to the invention. In this case, all claimed described and illustrated in the drawing features taken alone, as well as in any combination with each other the subject of the invention, regardless of their summary in the claims and their back references and regardless of their description or representation in the drawing.
Die Figuren der Zeichnung zeigen die zum Verständnis beitragenden Bestandteile der Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes in jeweils einer dem besseren Verständnis angepassten bzw. vereinfachten Darstellung. Die Darstellungen sind daher weder zwingend maßstabs- noch detailgetreu, sondern sind zur besseren Übersicht auf die das Verständnis unterstützenden Elemente bzw. Bestandteile reduziert.The figures of the drawing show the constituents contributing to the understanding of the exemplary embodiments of a combined heat and power plant according to the invention, each in a better adapted or simplified representation. The representations are therefore not necessarily true to scale or detail, but are reduced to a better overview on the understanding supporting elements or components.
In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestandteile bzw. Elemente. Ferner sind aus Gründen einer besseren Übersicht nicht stets alle Bezugszeichen in den Figuren eingetragen, wobei die Ausführungen analog zu den entsprechend gleichen Bestandteilen gelten.In the figures, like reference numerals designate like components or elements. Furthermore, for reasons of a better overview, not all reference symbols are always entered in the figures, the statements applying analogously to the correspondingly identical components.
Es zeigt:It shows:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes, das in schematischer Darstellungsweise einen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes verdeutlicht, 1 A first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention, which illustrates a schematic representation of a basic structure of a combined heat and power plant according to the invention,
2 das Abgassammelrohr des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes in einer detailreduzierten und schematischen Darstellungsweise anhand eines in Strömungsrichtung des Abgases vorgenommenen Längsquerschnittes zur Verdeutlichung des Abschnittes des Strömungskanals, welcher der Bildung des Turbinenraumes sowie daran angrenzender Abschnitte des Strömungskanales dient, 2 the exhaust manifold of the first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention in a detail-reduced and schematic representation using a longitudinal cross-section taken in the flow direction of the exhaust gas to illustrate the portion of the flow channel, which serves the formation of the turbine chamber and adjoining sections of the flow channel,
3 ein Abgassammelrohr eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes analog zu der in 2 gewählten Darstellungsweise, 3 an exhaust manifold of a second embodiment of a combined heat and power plant according to the invention analogous to that in 2 chosen presentation,
4 ein Abgassammelrohr eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes analog zu der in 2 bzw. 3 gewählten Darstellungsweise, 4 an exhaust manifold of a third embodiment of a combined heat and power plant according to the invention analogous to that in 2 respectively. 3 chosen presentation,
5 ein Abgassammelrohr eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes analog zu der in 2 gewählten Darstellungsweise, jedoch nach Art einer isometrischen Ansicht, 5 an exhaust manifold of a fourth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention analogous to that in 2 selected representation, but in the manner of an isometric view,
6 das Abgassammelrohr aus 5 mit einer Längsschnittdarstellung des zweiten Moduls des Abgassammelrohres in einer Frontalansicht, analog zu der in 5 gewählten Darstellungsweise, 6 the exhaust manifold from 5 with a longitudinal sectional view of the second module of the exhaust manifold in a front view, analogous to the in 5 chosen presentation,
7 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes anhand eines Abschnittes dessen einstückig gebildeten Abgassammelrohres und einem daran angeordneten Abgasturbolader in einem in Strömungsrichtung des Abgases vorgenommenen Längsquerschnitt analog zur gewählten Darstellungsweise in der 2, 7 a simplified representation of a combined heat and power plant according to the invention based on a portion of its integrally formed exhaust manifold and an exhaust gas turbocharger arranged thereon in a longitudinal cross-section taken in the flow direction of the exhaust gas analogous to the selected representation in the 2 .
8 ein einstückiges Abgassammelrohr eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes, analog der Darstellungsweise der 7, 8th a one-piece exhaust manifold of a fifth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention, analogous to the representation of the 7 .
9 ein Abgassammelrohr eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes, analog der in 2 gewählten Darstellungsweise, 9 an exhaust manifold of a sixth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention, analogous to in 2 chosen presentation,
10 ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes, wobei die Darstellung in der 10 auf einen Ausschnitt des Turbinenraumes reduziert ist, wie dieser in einem Strömungskanal eines Abgassammelrohres gebildet sein kann. Die Darstellung in 10 erfolgt anhand eines in Strömungsrichtung des Abgases erfolgten Längsquerschnittes analog der in 2 gewählten Darstellungsweise, 10 an eighth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention, wherein the representation in the 10 is reduced to a section of the turbine space, as this may be formed in a flow channel of an exhaust manifold. The representation in 10 takes place on the basis of a longitudinal cross-section taken in the direction of flow of the exhaust gas analogous to the in 2 chosen presentation,
11 ein neuntes Ausbildungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes, bei dem wiederum ein Bypass-Kanal in dem Drehzahlbegrenzungselement angeordnet ist. Die Darstellung in 10 erfolgt anhand eines in Strömungsrichtung des Abgases vorgenommenen Längsquerschnittes, analog der in 2 gewählten Darstellungsweise, 11 a ninth exemplary embodiment of a combined heat and power plant according to the invention, in which again a bypass channel is arranged in the speed limiting element. The representation in 10 takes place on the basis of a longitudinal cross-section made in the direction of flow of the exhaust gas, analogous to the in 2 chosen presentation,
12 das Abgassammelrohr aus 5 bzw. 6 in einer in 6 durch A gekennzeichneten Ansicht zur Darstellung der Ausbildung eines Verdichterraums, in dem ein Verdichterrad angeordnet ist. Für eine bessere Veranschaulichung der spiralformartigen Ausbildung des Turbinenraumes sind insbesondere das Gehäuse zur Lagerung des Turbinenrades, das Turbinenrad selbst wie auch das Verdichterrad nebst Verdichterraum in 12 nicht gezeigt. 12 the exhaust manifold from 5 respectively. 6 in an in 6 A view marked by A to illustrate the formation of a compressor chamber in which a compressor wheel is arranged. For a better illustration of the spiral-shaped formation of the turbine chamber, in particular the housing for mounting the turbine wheel, the turbine wheel itself as well as the compressor wheel together with the compressor chamber in 12 Not shown.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 in detailreduzierter und schematischer Darstellungsweise zur Unterstützung eines besseren Verständnisses der nachfolgenden Beschreibung. 1 shows a first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 in a detailed and schematic representation to assist in understanding the following description.
Die in 1 genannten Bestandteile kennzeichnen einen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 (nachfolgend auch abkürzend als Blockheizkraftwerk 2 bezeichnet), so dass die im Weiteren beschriebenen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 die nachfolgenden Erläuterungen zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ergänzen.In the 1 mentioned components characterize a basic structure of a combined heat and power plant according to the invention 2 (abbreviated below as combined heat and power plant 2 referred to), so that the embodiments described below of a combined heat and power plant according to the invention 2 the following explanations to the in 1 complemented embodiment shown.
Das gezeigte erfindungsgemäße Blockheizkraftwerk weist eine Verbrennungskraftmaschine 4 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Kolbenmotor 4' mit sechs Zylindern (sechszylindriger Kolbenmotor 4') gebildet ist, der als gasbetriebener Ottomotor ausgeführt ist. Dabei ist es ebenfalls möglich, Kolbenmotoren 4' mit einer geringeren wie auch höheren Anzahl an Zylindern bzw. entsprechende Dieselmotoren in einem erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerk 2 zu verwenden.The inventive combined heat and power plant shown has an internal combustion engine 4 on, in this embodiment by a piston engine 4 ' with six cylinders (six-cylinder piston engine 4 ' ) is formed, which is designed as a gas-powered gasoline engine. It is also possible piston engines 4 ' with a smaller as well as higher number of cylinders or corresponding diesel engines in a cogeneration plant formed according to the invention 2 to use.
Der Kolbenmotor 4' wird für dessen Betrieb mit einem Brennstoff versorgt, der in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 bzw. dessen Kolbenmotors 4' als Brennstoff-Luft-Gemisch (abkürzend auch als Verbrennungsgas bezeichnet) den Verbrennungskammern (nicht dargestellt) der einzelnen Zylinder (nicht dargestellt) zugeführt wird.The piston engine 4 ' is supplied for its operation with a fuel, in this embodiment of an inventive cogeneration plant 2 or its piston engine 4 ' as fuel-air mixture (abbreviated also as combustion gas) the combustion chambers (not shown) of the individual cylinders (not shown) is supplied.
Während des Betriebs des Kolbenmotors 4' wird mittels eines Stromgenerators 6, der mit dem Kolbenmotor 4' drehmomentgekoppelt ist, Strom erzeugt, der dem bzw. den entsprechenden Objekten (nicht dargestellt) mittels Stromversorgungsleitungen 8 zur Deckung des jeweiligen Strombedarfs bereitgestellt wird. Diese Stromversorgungsleitungen 8 für die Leitung der erzeugten elektrischen Energie sind in der 1 lediglich angedeutet und einheitlich mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet.During operation of the piston engine 4 ' is by means of a power generator 6 that with the piston engine 4 ' is torque-coupled, generates power to the respective object or objects (not shown) by means of power supply lines 8th is provided to cover the respective power requirements. These power supply lines 8th for the guidance of the generated electrical energy are in the 1 merely indicated and consistent with the reference numeral 8th characterized.
Über entsprechende Stromversorgungsleitungen 8 ist gleichfalls die Anbindung an ein – insbesondere öffentliches – Stromnetz (nicht gezeigt) möglich, so dass Überkapazitäten an elektrischer Energie über dieses Stromnetz weiteren Energieverbrauchern bzw. Objekten (nicht dargestellt) bereitgestellt werden können.Via appropriate power supply lines 8th is also the connection to a - especially public - power grid (not shown) possible, so that overcapacities of electrical energy over this power network further energy consumers or objects (not shown) can be provided.
Während des Betriebs eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 entsteht insbesondere durch die Verbrennung der Brennstoffe Wärme, die in diesem Ausführungsbeispiel eines Blockheizkraftwerkes 2 mittels einer Kühleinrichtung 10 abgeführt wird. Dazu ist der Kolbenmotor 4' selbst wie auch insbesondere das an diesem angeordnete Abgassammelrohr 12 über Kühlmittelverbindungen 14 mit der Kühleinrichtung 10 verbunden, so dass neben dem Kolbenmotor 4' des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ebenfalls das Abgassammelrohr 12 mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die die dazu vorgesehene Kavität 16 des Abgassammelrohres 12 entsprechend durchströmt.During operation of a combined heat and power plant according to the invention 2 arises in particular by the combustion of the fuel heat, which in this embodiment of a combined heat and power plant 2 by means of a cooling device 10 is dissipated. This is the piston engine 4 ' itself as well as in particular arranged on this exhaust manifold 12 via coolant connections 14 with the cooling device 10 connected, so in addition to the piston engine 4 ' the cogeneration plant according to the invention 2 also the exhaust manifold 12 is cooled by means of a cooling liquid, which provided the intended cavity 16 the exhaust manifold 12 flows through accordingly.
Das Abgassammelrohr 12 ist Teil eines Abgastraktes 18, der dazu dient, das im Betrieb eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 entstehende Abgas abzuführen. Dazu ist dem Abgassammelrohr 12 strömungstechnisch, insbesondere in Strömungsrichtung 20 des Abgases, ein sogenannter Katalysator 22 zur Reduzierung der Abgasemissionen eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 strömungstechnisch nachgeordnet. Die Abgase werden schließlich über den Abgastrakt 18 an die Umgebung abgegeben.The exhaust manifold 12 is part of an exhaust tract 18 which serves to, during operation of a cogeneration plant according to the invention 2 dissipate the resulting exhaust gas. This is the exhaust manifold 12 fluidically, in particular in the flow direction 20 the exhaust gas, a so-called catalyst 22 to reduce the exhaust emissions of a combined heat and power plant according to the invention 2 subordinate fluidically. The exhaust gases are finally on the exhaust tract 18 delivered to the environment.
Darüber hinaus weist das gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 eine Steuerungseinrichtung 24 auf, die insbesondere dazu dient, den Betrieb des erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 bzw. dessen Kolbenmotor 4' sowie die Energieabgabe und Zuführung von Brennstoffen zu steuern bzw. zu regeln.In addition, the embodiment shown has a cogeneration plant according to the invention 2 a control device 24 which serves in particular to the operation of the cogeneration plant formed according to the invention 2 or its piston engine 4 ' as well as controlling and regulating the energy output and supply of fuels.
Ferner weist das in 1 gezeigte Blockheizkraftwerk 2 ein Gestell 26 auf, an dem unter anderem die zuvor genannten Bestandteile des erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerks 2 angeordnet sind.Furthermore, the in 1 shown cogeneration plant 2 a frame 26 on, among other things, the aforementioned components of the invention formed cogeneration plant 2 are arranged.
Schließlich weist das gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 ein Gehäuse auf, das unter anderem dazu dient, einen schallgedämmten Betrieb des Blockheizkraftwerkes 2 zu ermöglichen.Finally, the embodiment shown has a cogeneration plant according to the invention 2 a housing that serves, among other things, a sound-insulated operation of the cogeneration plant 2 to enable.
Das betreffende Gehäuse ist in der 1 zur besseren Übersicht nicht gezeigt. Das Gehäuse wird nach seiner Anbringung an dem Gestell 26 insbesondere den Kolbenmotor 4' mit dem daran angeschlossenen Stromgenerator 6 sowie einen Teil des Abgastraktes 18 wie auch einen Teil der Kühleinrichtung 10 einhäusen.The housing in question is in the 1 not shown for clarity. The housing will be attached to the frame after its attachment 26 in particular the piston engine 4 ' with the connected power generator 6 as well as a part of the exhaust tract 18 as well as a part of the cooling device 10 einhäusen.
Die in der Kavität 16 geführte Kühlflüssigkeit bewirkt, dass die während des Betriebs eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 entstehende Wärme von dem Abgassammelrohr abgeführt wird. Dazu ist die Kavität 16 an einen Kühlkreislauf 28 einer Kühleinrichtung 10 angeschlossen, so dass über eine Eingangsöffnung (in 1 nicht dargestellt) Kühlflüssigkeit der Kavität 16 zugeführt wird, die wiederum über eine Ausgangsöffnung (in 1 nicht dargestellt) aus der Kavität 16 abfließen kann.The in the cavity 16 Guided cooling fluid causes the during operation of a combined heat and power plant according to the invention 2 resulting heat is dissipated from the exhaust manifold. This is the cavity 16 to a cooling circuit 28 a cooling device 10 connected so that via an input port (in 1 not shown) Coolant of the cavity 16 is fed, which in turn via an output port (in 1 not shown) from the cavity 16 can drain away.
Über die Eingangsöffnung bzw. die Ausgangsöffnung erfolgt der Anschluss der Kavität 16 an einen Kühlkreislauf 28. Beispielsweise und insbesondere ist es möglich, die Kavität 16 mit dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 4 eines erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 strömungstechnisch zu verbinden.The connection of the cavity takes place via the inlet opening or the outlet opening 16 to a cooling circuit 28 , For example and in particular it is possible to use the cavity 16 with the cooling circuit of the internal combustion engine 4 an inventively formed cogeneration plant 2 fluidically connect.
Ferner weist das Blockheizkraftwerk 2 einen Abgasturbolader 32 auf, der abschnittsweise bzw. teilweise in dem Abgassammelrohr 12 integriert ist. Weitere Details dazu sind den weiteren beschriebenen Ausführungsbeispielen zu entnehmen.Furthermore, the cogeneration unit has 2 an exhaust gas turbocharger 32 on, the sections or partially in the exhaust manifold 12 is integrated. Further details can be found in the further described embodiments.
In diesem Zusammenhang gelten die zu 1 gehörigen Ausführungen für die nachfolgend genannten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgeführten Blockheizkraftwerkes 2 sinngemäß analog.In this context, the apply to 1 associated versions for the below-mentioned embodiments of a block heat and power plant according to the invention 2 analogously analogous.
Darüber hinaus sind die weiteren Ausführungen zur besseren Übersicht auf die Unterschiede zwischen den nachfolgend genannten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 konzentriert. Daher sind weitere Ausführungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 den weiteren Ausführungen entnehmbar, die die in 1 gezeigte Ausführung eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ergänzen.In addition, the further explanations for a better overview on the differences between the below-mentioned embodiments of a combined heat and power plant according to the invention 2 concentrated. Therefore, further embodiments of a combined heat and power plant according to the invention 2 the further remarks can be removed, the in 1 shown embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 complete.
2 zeigt das Abgassammelrohr eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 in einer detailreduzierten und schematischen Darstellungsweise anhand eines Längsquerschnittes des Abgassammelrohres 12 zur Verdeutlichung des Strömungskanals 34, welcher in Strömungsrichtung 20 des Abgases gesehen auch der Bildung des Turbinenraumes 36 dient sowie der daran angrenzenden Abschnitte 38, 38' des Strömungskanales 34. 2 shows the exhaust manifold of a first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 in a detail-reduced and schematic representation using a longitudinal cross-section of the exhaust manifold 12 to clarify the flow channel 34 , which in the flow direction 20 the exhaust gas also seen the formation of the turbine room 36 serves as well as the adjoining sections 38 . 38 ' of the flow channel 34 ,
Dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 weist daher ein Abgassammelrohr 12 mit einem Strömungskanal 34 für Abgase auf sowie eine Turbine 40, die Bestandteil eines Abgasturboladers 32 ist und die ein durch die Abgase drehantreibbares, in einem durch Wandungen 42 begrenzten Turbinenraum 36 angeordnetes Turbinenrad 44 aufweist.This embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 therefore has an exhaust manifold 12 with a flow channel 34 for exhaust gases as well as a turbine 40 , which is part of an exhaust gas turbocharger 32 is and a rotatable by the exhaust gases, in one through walls 42 limited turbine room 36 arranged turbine wheel 44 having.
Ferner ist der Turbinenraum 36 in Strömungsrichtung 20 des Abgases (nachfolgend auch abkürzend als Strömungsrichtung 20 bezeichnet) betrachtet durch einen Abschnitt 34' des Strömungskanals 34 gebildet.Further, the turbine room 36 in the flow direction 20 the exhaust gas (hereinafter abbreviated as flow direction 20 designated) viewed through a section 34 ' of the flow channel 34 educated.
Dadurch ist der Turbinenraum 36 des Abgasturboladers 32 in Strömungsrichtung 20 betrachtet in dem Strömungskanal 34 des Abgassammelrohres 12 gebildet, wodurch der Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 in dem Abgassammelrohr 12 weitergebildet ist, indem der Turbinenraum 36 des Abgasturboladers 32 sowohl Bestandteil der Turbine 40 des Abgasturboladers 32 als auch Teil des Strömungskanals 34 des Abgassammelrohres 12 ist.This is the turbine room 36 the exhaust gas turbocharger 32 in the flow direction 20 considered in the flow channel 34 the exhaust manifold 12 formed, whereby the main body 58 the exhaust gas turbocharger 32 in the exhaust manifold 12 is further developed by the turbine room 36 the exhaust gas turbocharger 32 both part of the turbine 40 the exhaust gas turbocharger 32 as well as part of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 is.
Das Turbinenrad 44 ist über eine Drehachse 46, die durch eine Welle 48 gebildet ist, drehfest mit einem Verdichterrad 50 verbunden, welches in einem Verdichterraum 52 angeordnet ist. Der Verdichterraum 52 wird im Betrieb des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 durch die für die Verbrennung notwendige Luft strömt, die daraufhin in die Arbeitszylinder bzw. die jeweiligen Verbrennungsräume (nicht dargestellt) des Kolbenmotors 4' unter Beimischung eines Brennstoffes geleitet wird.The turbine wheel 44 is about a rotation axis 46 through a wave 48 is formed, rotatably with a compressor wheel 50 connected, which in a compressor room 52 is arranged. The compressor room 52 is in operation of the invention cogeneration plant 2 flows through the air necessary for the combustion, which then in the working cylinder or the respective combustion chambers (not shown) of the piston engine 4 ' is passed under admixture of a fuel.
Dadurch bewirkt eine Drehung des Turbinenrades 44 über die Drehachse 46 eine Drehung des Verdichterrades 50. Eine Drehung des Verdichterrades 50 bewirkt wiederum eine Erhöhung des Gemischdurchsatzes des Brennstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 4, wodurch eine Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine 4 erzielt ist.This causes a rotation of the turbine wheel 44 over the axis of rotation 46 a rotation of the compressor wheel 50 , A rotation of the compressor wheel 50 in turn causes an increase in the mixture flow rate of the fuel-air mixture in the combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine 4 , thereby increasing the performance of the internal combustion engine 4 achieved.
Der Verdichterraum 52 ist – wie zuvor ausgeführt – strömungstechnisch Teil des Ansaugtraktes 54 (siehe 1), so dass der Verdichterraum 52 von Luft durchströmt wird, die wiederum für die Verbrennung dem Verbrennungsraum bzw. den Verbrennungsräumen des Kolbenmotors 4' zugeführt wird. Die Strömungsrichtung der Luft durch den Verdichterraum 52 ist durch entsprechende Pfeile 56, 56' symbolisch darstellt.The compressor room 52 is - as stated above - fluidly part of the intake system 54 (please refer 1 ), leaving the compressor room 52 is traversed by air, which in turn for the combustion of the combustion chamber or the combustion chambers of the piston engine 4 ' is supplied. The flow direction of the air through the compressor room 52 is by appropriate arrows 56 . 56 ' symbolically represents.
Der Verdichterraum 52 und das darin angeordnete Verdichterrad 50 sind Bestandteile des Verdichters 55 des Abgasturboladers 32 und an einem Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 angeordnet. Ferner ist die Welle 48 an dem Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 drehbar gelagert.The compressor room 52 and the compressor wheel disposed therein 50 are components of the compressor 55 the exhaust gas turbocharger 32 and on a body 58 the exhaust gas turbocharger 32 arranged. Further, the wave 48 on the body 58 the exhaust gas turbocharger 32 rotatably mounted.
Der Grundkörper 58 ist abnehmbar an dem Abgassammelrohr 12 angeordnet, so dass die für die Anordnung des Turbinenrades 44 im Turbinenraum 36 vorgesehene radiale Öffnung 60 des Strömungskanals 34 durch den entsprechend eingerichteten und ausgebildeten Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 gasdicht verschlossen wird.The main body 58 is removable on the exhaust manifold 12 arranged so that for the arrangement of the turbine wheel 44 in the turbine room 36 provided radial opening 60 of the flow channel 34 through the appropriately furnished and trained body 58 the exhaust gas turbocharger 32 is sealed gas-tight.
Dazu können gegebenenfalls auch Dichtmittel vorgesehen sein, um die Gasdichtheit des Abgassammelrohres 12 eines erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 an der Stelle, an der der Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 an dem Abgassammelrohr 12 angeordnet ist, sicherstellen zu können.For this purpose, if necessary, sealing means may be provided to the gas-tightness of the exhaust manifold 12 an inventively formed cogeneration plant 2 at the point where the main body 58 the exhaust gas turbocharger 32 at the exhaust manifold 12 is arranged to be able to ensure.
Bei dem der 2 zugrundeliegenden ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist das in 2 dargestellte Abgassammelrohr 12 abschnittsweise durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt.In which the 2 underlying first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is that in 2 illustrated exhaust manifold 12 partially cooled by a cooling liquid.
Dazu ist der Strömungskanal 34 wenigstens abschnittsweise von einer Kavität 16 für eine Kühlflüssigkeit umgeben, um Wärme, die im Betrieb eines erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 entsteht, an dem Abgassammelrohr 12 abführen zu können. Zur Bildung der Kavität 16 ist das Abgassammelrohr 12 abschnittsweise doppelwandig ausgeführt.This is the flow channel 34 at least in sections of a cavity 16 surrounded by a cooling liquid to heat that is generated during operation of a cogeneration plant according to the invention 2 arises, at the exhaust manifold 12 to be able to pay. To form the cavity 16 is the exhaust manifold 12 partially double-walled.
Durch die in der Kavität 16 geführte Kühlflüssigkeit ist eine Art Kühlmantel gebildet, wodurch die an oder in dem Abgassammelrohr 12 auftretende Wärme wenigstens teilweise durch die Kühlflüssigkeit, die die Kavität 16 durchströmt, abgeführt wird.Through the in the cavity 16 Guided cooling fluid is a kind of cooling jacket formed, causing the on or in the exhaust manifold 12 occurring heat at least partially by the cooling liquid, the cavity 16 flows through, is discharged.
Für die Wärmeabführung ist die Kavität 16 mit einem Kühlkreislauf 28 der Verbrennungskraftmaschine verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ebenfalls ein als gasbetriebener Kolbenmotor 4', der in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes vom Typ eines sechszylindrigen Ottomotors ist, ausgeführt ist.For heat dissipation is the cavity 16 with a cooling circuit 28 connected to the internal combustion engine, in this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 also a gas-powered piston engine 4 ' , which is in this embodiment of a cogeneration plant according to the invention of the type of a six-cylinder gasoline engine is executed.
In dem in 2 gezeigten Abgassammelrohr 12 des Blockheizkraftwerkes 2 ist der Turbinenraum 36 derart eingerichtet und in dem Strömungskanal 34 ausgebildet, dass das darin angeordnete Turbinenrad 44 in radialer Umfangsrichtung 62 (in 2 durch ein Pfeil-Symbol repräsentiert) zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44, in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen tangential, durch das im Betrieb des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 entstehende Abgas anströmbar ist bzw. angeströmt wird.In the in 2 shown exhaust manifold 12 of the combined heat and power plant 2 is the turbine room 36 set up and in the flow channel 34 formed such that the turbine wheel arranged therein 44 in the radial circumferential direction 62 (in 2 represented by an arrow symbol) to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 , in this embodiment substantially tangentially, by the operation of the combined heat and power plant according to the invention 2 arising exhaust gas is flowed against or is flowing.
Dabei ist vorgesehen, dass ein in Strömungsrichtung 20 des Abgases dem Turbinenraum 36 vorgeordneter Abschnitt 64 des Strömungskanales 34 (bzw. des Turbinenraumes 36) zur Beströmung des in dem Turbinenraum 36 angeordneten Turbinenrades 44 für eine in radialer Umfangsrichtung 62 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 spiralformartige Strömungsführung 66 des Abgases eingerichtet und ausgebildet ist.It is provided that one in the flow direction 20 of the exhaust gas to the turbine room 36 upstream section 64 of the flow channel 34 (or the turbine room 36 ) to the flow in the turbine room 36 arranged turbine wheel 44 for one in the radial circumferential direction 62 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 spiral-shaped flow guidance 66 the exhaust gas is set up and designed.
Dazu weist der Strömungskanal 34 des Blockheizkraftwerkes 2 einen Abschnitt auf, der in seiner Formgebung in Strömungsrichtung 20 spiralformartig in radialer Umfangsrichtung 62 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 ausgebildet ist, wodurch das Abgas zunächst entsprechend spiralformartig um das Turbinenrad 44 bzw. dessen Drehachse 46 geführt wird, um daraufhin das Turbinenrad 44 in radialer Umfangsrichtung 62 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 tangential mit dem Abgas anzuströmen bzw. anströmen zu können.For this purpose, the flow channel 34 of the combined heat and power plant 2 a section that in its shape in the flow direction 20 spirally shaped in the radial circumferential direction 62 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 is formed, whereby the exhaust gas initially according spiral shape around the turbine wheel 44 or its axis of rotation 46 is led to then the turbine wheel 44 in the radial circumferential direction 62 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 to be able to flow or flow tangentially with the exhaust gas.
Das Abgas wird anschließend im Wesentlichen in axialer Richtung 70 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 über das Turbinenrad 44 in den Strömungskanal 34 geführt und strömt entsprechend in axialer Richtung 70 von dem Turbinenrad 44 ab.The exhaust gas then becomes substantially in the axial direction 70 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 over the turbine wheel 44 in the flow channel 34 guided and flows accordingly in the axial direction 70 from the turbine wheel 44 from.
An eine Ausströmsöffnung 72 des Abgassammelrohres 12 fügt sich strömungstechnisch der weitere Abschnitt des Abgastraktes (nicht dargestellt) an, durch den das Abgas entsprechend von dem Kolbenmotor 4' über einen Katalysator 22 (nicht dargestellt) an die freie Umgebung geleitet wird.To an outflow opening 72 the exhaust manifold 12 blends in fluidically further portion of the exhaust tract (not shown), through which the exhaust gas according to the piston engine 4 ' over a catalyst 22 (not shown) is directed to the free environment.
Ferner ist das Turbinenrad 44 in Strömungsrichtung 20 des Abgases benachbart zu einem Strömungsende 76 des Strömungskanals 34 angeordnet, an dem ebenfalls die zuvor genannte Ausströmöffnung 72 angeordnet ist.Further, the turbine wheel 44 in the flow direction 20 the exhaust gas adjacent to a flow end 76 of the flow channel 34 arranged on which also the aforementioned outflow opening 72 is arranged.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2, wobei die Darstellung wiederum auf dessen Abgassammelrohr 12 konzentriert ist. 3 shows a second embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 , wherein the representation in turn on the exhaust manifold 12 is concentrated.
Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 weist das in 3 dargestellte Abgassammelrohr 12 weitere Abschnitte 78 (zur besseren Übersicht in 3 einmalig mit dem Bezugszeichen 78 gekennzeichnet) des Strömungskanals 34 auf, die von der Kavität 16 für die Kühlflüssigkeit umgeben sind, so dass die Kavität 16 gegenüber dem vorherigen ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 entsprechend erweitert ist, wodurch ebenfalls strömungstechnisch ein dem Turbinenrad 44 nachgeordneter Abschnitt 74 des Strömungskanals 34 mit einer die Kavität 16 durchströmenden Kühlflüssigkeit besser gekühlt werden kann.Compared to the first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 has the in 3 illustrated exhaust manifold 12 more sections 78 (for a better overview in 3 once with the reference number 78 characterized) of the flow channel 34 on that from the cavity 16 are surrounded for the cooling liquid, so that the cavity 16 compared to the previous first embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is extended accordingly, which also fluidly a the turbine wheel 44 subordinate section 74 of the flow channel 34 with one the cavity 16 can be better cooled by flowing coolant.
Dadurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, den Grundkörper 58 für die Lagerung 80 des Turbinenrades 44 wenigstens abschnittsweise mit einer Kühlflüssigkeit zu kühlen, um die Standzeit der betreffenden Lager 82, 82' und damit eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 zu erhöhen.This makes it possible in an advantageous manner, the main body 58 for storage 80 of the turbine wheel 44 at least partially with a cooling liquid to cool the life of the bearing in question 82 . 82 ' and thus a cogeneration plant according to the invention 2 to increase.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2, wobei die Darstellung in 4 wiederum auf die Darstellung des Abgassammelrohres 12 dieses Ausführungsbeispieles konzentriert ist. 4 shows a third embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 , where the illustration in 4 turn to the representation of the exhaust manifold 12 This embodiment is concentrated.
Das Abgassammelrohr 12 ist wiederum gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen abschnittsweise mit einer Kühlflüssigkeit kühlbar, so dass der Strömungskanal 34 wiederum abschnittsweise von einer entsprechenden Kavität 16 für die Kühlflüssigkeit umgeben ist.The exhaust manifold 12 in turn, according to the above embodiments, can be cooled in sections with a cooling liquid, so that the flow channel 34 again in sections of a corresponding cavity 16 is surrounded for the cooling liquid.
Im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist das Turbinenrad 44 der Turbine 40 in axialer Richtung 70 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 von dem im Betrieb eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 das Abgassammelrohr 12 durchströmenden Abgas anströmbar, so dass das Abgas das Turbinenrad 44 zunächst in axialer Richtung 70 zur Drehachse 46 ausströmt und tangential zur radialen Umfangsrichtung 62 der Drehachse 46 des Turbinenrades 44 von dem Turbinenrad 44 in Strömungsrichtung 20 abströmt.In contrast to the aforementioned embodiments of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the turbine wheel 44 the turbine 40 in the axial direction 70 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 from that during operation of a combined heat and power plant according to the invention 2 the exhaust manifold 12 flowing through exhaust gas, so that the exhaust gas turbine 44 initially in the axial direction 70 to the axis of rotation 46 flows out and tangential to the radial circumferential direction 62 the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 from the turbine wheel 44 in the flow direction 20 flows.
5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2, wobei die Darstellung wiederum auf das Abgassammelrohr 12 dieses erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 konzentriert ist. 5 shows a fourth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 , wherein the representation in turn on the exhaust manifold 12 this inventively formed cogeneration plant 2 is concentrated.
Das in 5 gezeigte Abgassammelrohr 12 eines vierten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist wiederum durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt, so dass der Strömungskanal 34 wenigstens abschnittsweise von einer Kavität 16 umgeben ist, die wiederum von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ist.This in 5 shown exhaust manifold 12 a fourth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is in turn cooled by a cooling liquid, so that the flow channel 34 at least in sections of a cavity 16 is surrounded, which in turn can be traversed by a cooling liquid.
Die Strömungsführung des Abgases erfolgt derart, dass das im Betrieb des erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 entstehende Abgas durch den Strömungskanal 34 in radialer Umfangsrichtung 62 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 spiralformartig um das Turbinenrad 44 geführt wird, so dass dadurch das Abgas über den Strömungskanal 34 zum Turbinenrad 44 gelangt und das Turbinenrad 44 in radialer Umfangsrichtung 62 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 beströmt.The flow guidance of the exhaust gas takes place in such a way that during operation of the cogeneration plant formed according to the invention 2 resulting exhaust gas through the flow channel 34 in the radial circumferential direction 62 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 spirally around the turbine wheel 44 is guided, so that thereby the exhaust gas via the flow channel 34 to the turbine wheel 44 passes and the turbine wheel 44 in the radial circumferential direction 62 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 flow-type.
Dazu ist wiederum vorgesehen, dass ein in Strömungsrichtung 20 dem Turbinenraum 36 vorgeordneter Abschnitt 64 des Strömungskanales 34 bzw. der Turbinenraum 36 derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass das im Betrieb des erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 entstehende Abgas vom Turbinenrad 44 in axialer Richtung 70 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 abströmt.For this purpose, it is provided in turn that one in the flow direction 20 the turbine room 36 upstream section 64 of the flow channel 34 or the turbine room 36 is set up and designed such that during operation of the cogeneration plant formed according to the invention 2 emerging exhaust gas from the turbine wheel 44 in the axial direction 70 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 flows.
Ferner ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 vorgesehen, dass ein in Strömungsrichtung 20 dem Turbinenraum 36 vorgeordneter Abschnitt 64 des Strömungskanals 34 bzw. der Turbinenraum 36 derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass das im Betrieb des Blockheizkraftwerks 2 entstehende Abgas vom Turbinenrad 44 in axialer Richtung 70 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 abströmt. Damit ist der Strömungskanal 34 derart eingerichtet und ausgebildet, dass eine im Wesentlichen rechtwinklige Strömungsführung im Bereich des Turbinenraumes 36 erfolgt.Furthermore, in the embodiment shown, a combined heat and power plant according to the invention 2 provided that one in the flow direction 20 the turbine room 36 upstream section 64 of the flow channel 34 or the turbine room 36 is set up and designed such that during operation of the cogeneration plant 2 emerging exhaust gas from the turbine wheel 44 in the axial direction 70 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 flows. This is the flow channel 34 arranged and designed such that a substantially rectangular flow guidance in the region of the turbine chamber 36 he follows.
Zudem ist das Turbinenrad 44 in Strömungsrichtung 20 des Abgases benachbart zu einem Strömungsende 76 des Strömungskanales 34 angeordnet.In addition, the turbine wheel 44 in the flow direction 20 the exhaust gas adjacent to a flow end 76 of the flow channel 34 arranged.
Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist ebenfalls dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des dem Turbinenrad 34 nachgeordneten Abschnittes 74 des Strömungskanals 34 in Strömungsrichtung 20 wenigstens abschnittsweise zunimmt, und insbesondere wenigstens abschnittsweise in Strömungsrichtung 20 konisch zunehmend gestaltet ist.This in 5 shown embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is also characterized in that the Flow cross-section of the turbine wheel 34 subordinate section 74 of the flow channel 34 in the flow direction 20 increases at least in sections, and in particular at least partially in the flow direction 20 conical is increasingly designed.
Gegenüber den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen weist in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 das Abgassammelrohr 12 zunächst ein erstes Modul 84 auf, in dem ein erster Abschnitt 86 des Strömungskanals 34 gebildet ist.Compared to the above embodiments, in this embodiment, a combined heat and power plant according to the invention 2 the exhaust manifold 12 first a first module 84 in which a first section 86 of the flow channel 34 is formed.
Darüber hinaus weist das Abgassammelrohr 12 ein in Strömungsrichtung 20 dem ersten Modul 84 nachgeordnetes zweites Modul 88 auf, in dem der Turbinenraum 36 in einem Abschnitt 32 des Strömungskanales 34 gebildet ist.In addition, the exhaust manifold has 12 one in the flow direction 20 the first module 84 Subordinate second module 88 on, in which the turbine room 36 in a section 32 of the flow channel 34 is formed.
Das zweite Modul 88 ist an dem ersten Modul 84 durch eine lösbare Schraubverbindung 90 gehalten, wobei zur Verbindung der Module 84, 88 miteinander der Schraubenkopf 92 bzw. die Schraubenköpfe 92 der Schraubenverbindung 90 in der Kavität 16 für eine Kühlflüssigkeit angeordnet sind.The second module 88 is at the first module 84 by a detachable screw connection 90 held, allowing to connect the modules 84 . 88 together the screw head 92 or the screw heads 92 the screw connection 90 in the cavity 16 are arranged for a cooling liquid.
Demgemäß erfolgt die Verschraubung des zweiten Moduls 88 mit dem ersten Modul 84 dadurch, dass die dazu verwendeten Schrauben 94 der Schraubenverbindung 90 über eine dafür vorgesehene Öffnung 96 in der im ersten Modul 84 gebildeten Kavität 16 angeordnet werden, die jeweils als Durchgangsloch ausgebildet sind.Accordingly, the screwing of the second module takes place 88 with the first module 84 in that the screws used for it 94 the screw connection 90 over a designated opening 96 in the first module 84 formed cavity 16 are arranged, which are each formed as a through hole.
Die entsprechende Öffnung 90 wird zur Verbindung der Module 84, 88 miteinander mit einem dafür vorgesehenen Sackloch 98 fluchtend angeordnet, wobei das jeweilige Sackloch 98 in dem zweiten Modul 88 gebildet ist und ein Gewinde für die entsprechende Schraube 94 der Schraubenverbindung 90 aufweist.The corresponding opening 90 becomes the connection of the modules 84 . 88 with each other with a designated blind hole 98 arranged in alignment, wherein the respective blind hole 98 in the second module 88 is formed and a thread for the corresponding screw 94 the screw connection 90 having.
Die Schrauben 94 werden über eine Zugangsöffnung 100 in die Kavität 16 eingebracht, wobei die Zugangsöffnung 100 für die Schrauben 94 nach einem Festziehen der Schrauben 94 durch einen Verschluss (nicht gezeigt) verschlossen wird, so dass das zweite Modul 88 an dem ersten Modul 84 durch eine lösbare Schraubverbindung 90 gehalten ist, wobei der jeweilige Schraubenkopf 92 bzw. die Schraubenköpfe 92 der Schraubverbindung 90 in der Kavität 16 für die Kühlflüssigkeit angeordnet sind. Durch die Art der Anordnung der Schraubverbindung entsteht eine Manipulationsbarriere, die eine Manipulation der Turbine 40 erschwert bzw. leicht erkennbar macht.The screws 94 be through an access opening 100 into the cavity 16 introduced, the access opening 100 for the screws 94 after tightening the screws 94 is closed by a closure (not shown), so that the second module 88 at the first module 84 by a detachable screw connection 90 is held, with the respective screw head 92 or the screw heads 92 the screw connection 90 in the cavity 16 are arranged for the cooling liquid. Due to the nature of the arrangement of the screw creates a tamper barrier, which is a manipulation of the turbine 40 makes it difficult or easily recognizable.
Die Module 84, 88 sind durch ihre Anordnung in der Kavität 16 und deren Verschluss der Zugangsöffnung 100 für die Schrauben 94 unzertrennbar miteinander verbunden. Diese können demgemäß nur voneinander getrennt werden, indem der Verschluss zerstört bzw. deformiert wird, wodurch eine Manipulationsbarriere bzw. ein Manipulationsindikator realisiert ist.The modules 84 . 88 are due to their arrangement in the cavity 16 and its closure of the access opening 100 for the screws 94 inseparable connected. Accordingly, these can only be separated from one another by destroying or deforming the closure, as a result of which a manipulation barrier or a manipulation indicator is realized.
Während des Betriebs eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist die Kavität 16 mit einer Kühlflüssigkeit befüllt bzw. wird durch diese durchströmt, so dass der Verschluss entsprechend flüssigkeitsdicht die Zugangsöffnung 100 verschließen muss.During operation of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the cavity 16 is filled with a cooling fluid or is flowed through by these, so that the closure according to the liquid-tight access opening 100 must close.
Ferner ist es notwendig, dass das zweite Modul 88 mit dem ersten Modul 84 entsprechend gas- bzw. und flüssigkeitsdicht verbunden ist, damit die Flüssigkeit von einem in dem ersten Modul 84 gebildeten Abschnitt 102 der Kavität 16 des Abgassammelrohres 12 in einen zweiten Abschnitt 104 der Kavität 16 geleitet wird, der im zweite Modul 88 gebildet ist. Demgemäß ist die Kavität 16 übergreifend im ersten Modul 84 wie auch im zweiten Modul 88 gebildet.Furthermore, it is necessary that the second module 88 with the first module 84 gas-tight and / or liquid-tight, so that the liquid from one in the first module 84 formed section 102 the cavity 16 the exhaust manifold 12 in a second section 104 the cavity 16 which is in the second module 88 is formed. Accordingly, the cavity 16 comprehensive in the first module 84 as well as in the second module 88 educated.
Ferner soll durch eine flüssigkeits- bzw. gasdichte Verbindung der Module 84, 88 erreicht werden, dass sich das Abgas nicht mit der Kühlflüssigkeit vermischt bzw. die Kühlflüssigkeit u. a. nicht über den Strömungskanal 34 ausgeführt wird. Ferner ist sicherzustellen, dass ein ungewünschtes Entweichen der Kühlflüssigkeit bzw. des Abgases an die Umgebung verhindert ist.Furthermore, should be through a liquid or gas-tight connection of the modules 84 . 88 be achieved that the exhaust gas is not mixed with the cooling liquid or the cooling fluid, inter alia, not via the flow channel 34 is performed. Furthermore, it must be ensured that an undesired escape of the cooling liquid or the exhaust gas to the environment is prevented.
Zur Verbindung des Abgassammelrohres 12 mit dem Zylinderkopf des Kolbenmotors 4' ist ein Flansch 106 vorgesehen, über den das Abgassammelrohr 12 am Kolbenmotor 4' mittels Schrauben ggf. unter Verwendung einer Dichtung bzw. eines Dichtmittels flüssigkeits- bzw. gasdicht angeordnet werden kann bzw. ist.To connect the exhaust manifold 12 with the cylinder head of the piston engine 4 ' is a flange 106 provided, via which the exhaust manifold 12 on the piston engine 4 ' can be arranged liquid or gas tight by means of screws if necessary using a seal or a sealant or is.
Zur besseren Übersicht sind die Details des Flansches 106 und weitere notwendige Mittel zur Befestigung an dem Zylinderkopf nicht gezeigt, die sich durch die Gegebenheiten eines erfindungsgemäß ausgeführten Blockheizkraftwerkes 2 für den Fachmann auf der Grundlage seines Fachwissens ohne erfinderisch tätig werden zu müssen ergeben.For a better overview, the details of the flange 106 and further necessary means for attachment to the cylinder head not shown, which is characterized by the circumstances of a block heat and power plant according to the invention 2 for the skilled person based on his expertise without having to act inventive.
Der Grundkörper 58 zur Lagerung des Turbinenrades 44 und Ausbildung eines Verdichters 55 mit einem Verdichterraum 52, in dem das drehfest mit dem Turbinenrad 44 verbundene Verdichterrad 50 angeordnet ist, ist in 5 lediglich schematisch gezeigt.The main body 58 for storage of the turbine wheel 44 and training a compressor 55 with a compressor room 52 in which the non-rotatable with the turbine wheel 44 connected compressor wheel 50 is arranged in is 5 shown only schematically.
Wie der 5 zu entnehmen ist, ist der Grundkörper 58 in diesem Ausführungsbeispiel nur im Bereich des Turbinenraumes 36 und daher nicht vollständig durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt.Again 5 it can be seen, is the main body 58 in this embodiment, only in the area of the turbine room 36 and therefore not completely cooled by a cooling liquid.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 weist der Abgasturbolader 32 gemäß der vorstehenden Ausführungen einen Grundkörper 58 auf, der wiederum einen bei Betrieb eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 von Abgas durchströmten Turbinenraum 36 aufweist, in dem ein durch das Abgas abgasdrehantreibbares Turbinenrad 44 angeordnet ist. At the in 5 shown embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 points the exhaust gas turbocharger 32 according to the above, a basic body 58 on, in turn, when operating a combined heat and power plant according to the invention 2 Exhaust gas flowed through the turbine room 36 in which an exhaust gas rotatable by the exhaust gas driven turbine wheel 44 is arranged.
Der Turbinenraum 36 ist, wie vorstehend ausgeführt, in Strömungsrichtung 20 gesehen in dem Strömungskanal 34 des Abgassammelrohres 12 gebildet.The turbine room 36 is, as stated above, in the flow direction 20 seen in the flow channel 34 the exhaust manifold 12 educated.
Der Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 ist abnehmbar an dem Abgassammelrohr 12 angeordnet, so dass dieser im Instandhaltungsfall auf einfache Art und Weise gewechselt bzw. instandgehalten werden kann.The main body 58 the exhaust gas turbocharger 32 is removable on the exhaust manifold 12 arranged so that it can be changed or maintained in the maintenance case in a simple manner.
Um die Drehzahl des Turbinenrades 44 zu limitieren, sind Mittel zur Drehzahlbegrenzung 108 des Turbinenrades 44 vorgesehen, die bei dem abgebildeten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 in dem Turbinenraum 36 angeordnet sind und ein zwischen Grundkörper 58 und Turbinenrad 44 eingesetztes, separates Drehzahlbegrenzungselement 110 aufweisen, das mit dem Turbinenrad 44 einen Strömungsspalt 112 begrenzt.To the speed of the turbine wheel 44 to limit, are means for limiting the speed 108 of the turbine wheel 44 provided in the illustrated embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 in the turbine room 36 are arranged and one between basic body 58 and turbine wheel 44 used, separate speed limiting element 110 have that with the turbine wheel 44 a flow gap 112 limited.
Dabei ist das Drehzahlbegrenzungselement 110 zur Bildung eines ringformartigen Strömungsspaltes 112 eingerichtet und ausgebildet, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 das Drehzahlbegrenzungselement 110 derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass die bei Betrieb des Blockheizkraftwerkes 2 das Turbinenrad 44 passierenden Abgase durch eine Strömungsdurchgangsöffnung 114 aus dem Turbinenraum 36 in einen dem Turbinenraum 36 nachgeordneten Abschnitt 116 des Abgasströmungskanals 118 des Abgasturboladers strömen. Durch die teilweise Integration des Abgasturboladers 32 in das Abgassammelrohr 12 ist de, Abgasströmungskanal 118 durch einen Abschnitt 34' des Strömungskanales 34 des Abgassammelrohres 12 gebildet (wie zuvor ausgeführt).Here is the speed limiting element 110 to form a ring-shaped flow gap 112 set up and trained, wherein in the illustrated embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 the speed limiting element 110 is set up and designed such that during operation of the cogeneration plant 2 the turbine wheel 44 passing exhaust gases through a flow passage opening 114 from the turbine room 36 in a turbine room 36 subordinate section 116 the exhaust gas flow channel 118 of the exhaust gas turbocharger. Due to the partial integration of the exhaust gas turbocharger 32 into the exhaust manifold 12 is de, exhaust gas flow channel 118 through a section 34 ' of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 formed (as previously stated).
Dabei ist zunächst das Drehzahlbegrenzungselement 110 in Strömungsrichtung 20 des Abgases derart zum Turbinenrad 44 angeordnet, dass das Turbinenrad 44 wenigstens abschnittsweise in der Strömungsdurchgangsöffnung 114 des Drehzahlbegrenzungselementes 110 angeordnet ist.First, the speed limiting element 110 in the flow direction 20 the exhaust gas so to the turbine wheel 44 arranged that the turbine wheel 44 at least in sections in the flow passage opening 114 the speed limiting element 110 is arranged.
Ferner ist vorgesehen, dass der Strömungsquerschnitt der Strömungsdurchgangsöffnung 114 des Drehzahlbegrenzungselementes 110 wenigstens abschnittweise rotationssymmetrisch geformt ist.It is further provided that the flow cross-section of the flow passage opening 114 the speed limiting element 110 at least partially rotationally symmetrical.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist die Strömungsdurchgangsöffnung 114 zylinderförmig gestaltet, so dass sich die Rotationssymmetrie radial zu einer Strömungsachse 120 ergibt, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass an der Strömungsachse 120 die Abgase eine maximale Strömungsgeschwindigkeit erreichen können bzw. erreichen.At the in 5 illustrated embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the flow passage opening 114 designed cylindrical, so that the rotational symmetry radially to a flow axis 120 results, which according to the invention is characterized in that at the flow axis 120 the exhaust gases can reach or reach a maximum flow velocity.
Dazu ist die Strömungsachse 120 der Strömungsdurchgangsöffnung 114 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 koaxial zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 angeordnet.This is the flow axis 120 the flow passage opening 114 in the illustrated embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 coaxial with the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 arranged.
Abweichungen zu der Koaxialität der Strömungsachse 120 zu der Drehachse 46 sind bedingt unter anderem durch Verschleiß bzw. Bearbeitungstoleranzen, so dass erfindungsgemäß eine im Wesentlichen koaxiale Anordnung der Strömungsachse 120 zur Drehachse 46 des Turbinenrades 44 ebenfalls eine Koaxialität kennzeichnet.Deviations from the coaxiality of the flow axis 120 to the rotation axis 46 are partly due to wear or machining tolerances, so that according to the invention a substantially coaxial arrangement of the flow axis 120 to the axis of rotation 46 of the turbine wheel 44 also denotes a coaxiality.
Darüber hinaus ist der Strömungsspalt 112 zwischen der die Strömungsdurchgangsöffnung 114 begrenzenden Wandung 121 des Drehzahlbegrenzungselementes und des wenigstens abschnittsweise in der Strömungsdurchgangsöffnung 114 angeordneten Turbinenrades 44 gebildet und in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes – wie bereits ausgeführt – ringförmig ausgebildet.In addition, the flow gap 112 between the flow passage opening 114 bounding wall 121 the speed limiting element and the at least partially in the flow passage opening 114 arranged turbine wheel 44 formed and in this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention - as already stated - annular.
In diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist das Drehzahlbegrenzungselement 110 nach Art einer Scheibe mit einer Strömungsdurchgangsöffnung 114 gebildet, die wiederum zur geometrischen Mitte der Scheibe angeordnet ist.In this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the speed limiting element 110 in the manner of a disk with a flow passage opening 114 formed, which in turn is arranged to the geometric center of the disc.
Die geometrische Mitte ergibt sich dabei durch die gemäß der Scheibendicke beabstandet zueinander angeordneten radialer Außenfläche der Scheibe.The geometric center results from the spaced according to the thickness of the disc radially outer surface of the disc.
Um das Drehzahlbegrenzungselement 110 sicher an dem Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 halten zu können ist das Drehzahlbegrenzungselement 110 fest verbunden an dem Grundkörper 58 angeordnet.To the speed limiting element 110 safely on the body 58 the exhaust gas turbocharger 32 to be able to hold is the speed limiting element 110 firmly connected to the body 58 arranged.
Dies wird in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 durch eine Pressverbindung zwischen dem Drehzahlbegrenzungselement 110 und dem Grundkörper 58 erreicht. Dadurch wird ebenfalls erreicht, dass das Drehzahlbegrenzungselement 110 nicht auf einfache Art und Weise manipuliert werden kann, um eine höhere Leistung der Verbrennungskraftmaschine 4 zu erzielen.This is in this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 by a press connection between the speed limiting element 110 and the body 58 reached. This also ensures that the Speed limiting element 110 can not be manipulated in a simple way to higher performance of the internal combustion engine 4 to achieve.
Der Ausbau des Drehzahlbegrenzungselementes 110 ist demnach nicht zerstörungsfrei möglich, so dass bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 zumindest das Drehzahlbegrenzungselement 110 bei dessen unzulässigen Ausbau beschädigt wird.The removal of the speed limiting element 110 is therefore not destructive possible, so that in this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 at least the speed limiting element 110 is damaged in its impermissible removal.
Der in 5 dargestellte Abgasturbolader 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ungeregelt, so dass insbesondere auf ein Bypass-Ventil zur Steuerung/Regelung des Ladedrucks für den/die Verbrennungsräume des Kolbenmotors 4' verzichtet wurde. Darüber hinaus entfallen weitere Stellglieder, die eine Regelung bzw. Steuerung des Ladedrucks realisieren. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Herstellkosten zu reduzieren und weitere Möglichkeiten der Manipulation auszuschließen.The in 5 illustrated turbocharger 32 is in this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 unregulated, so in particular to a bypass valve for controlling / regulating the boost pressure for the combustion chamber (s) of the reciprocating engine 4 ' was waived. In addition, eliminates further actuators, which realize a control or control of the boost pressure. In this way it is possible to reduce the manufacturing costs and to exclude further possibilities of manipulation.
Wie dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 in der 5 zu entnehmen ist, ist das Abgassammelrohr 12 durch eine Kühlflüssigkeit flüssigkeitsgekühlt. Dies wird durch eine abschnittsweise doppelwandige Ausführung zur Bildung der Kavität 16 für eine Kühlflüssigkeit erreicht.As the embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 in the 5 it can be seen, is the exhaust manifold 12 liquid cooled by a cooling liquid. This is done by a partially double-walled design to form the cavity 16 achieved for a cooling liquid.
6 zeigt einen Längsquerschnitt des Strömungskanals 34, wie dieser bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 bzw. dessen Abgassammelrohr 12 ausgebildet ist. 6 shows a longitudinal cross section of the flow channel 34 like this one in the 5 shown embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 or its exhaust manifold 12 is trained.
Zur vereinfachten Darstellungsweise ist dabei lediglich das zweite Modul 88 in einer Längsquerschnittsdarstellung gezeigt. Der Abgasturbolader 32 eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist in einer detailreduzierten Darstellung abgebildet, wobei das Verdichterrad 50 – ebenfalls zur Kennzeichnung des Verdichterraumes 52 – symbolisch dargestellt ist.For simplified representation is only the second module 88 shown in a longitudinal cross-sectional view. The turbocharger 32 a cogeneration plant according to the invention 2 is shown in a detailreduzierten representation, wherein the compressor wheel 50 - Also for marking the compressor room 52 - is shown symbolically.
In 6 ist ersichtlich, dass das erste Modul 84 des Abgassammelrohres 12 mit dem zweiten Modul 88 des Abgassammelrohres 12 strömungstechnisch verbunden ist, so dass die Kühlflüssigkeit aus dem ersten Modul 84 in das zweite Modul 88 über Überleitungsöffnungen 122, 122' gelangt, die den beiden Modulen gebildet sind und die bei Anordnung des ersten Moduls 84 an das zweite Modul 88 fluchtend zueinander ausgerichtet sind, so dass die Kühlflüssigkeit entsprechend zwischen den Modulen 84, 88 geleitet werden bzw. strömen kann.In 6 it can be seen that the first module 84 the exhaust manifold 12 with the second module 88 the exhaust manifold 12 fluidically connected, so that the cooling liquid from the first module 84 in the second module 88 via transfer openings 122 . 122 ' passed, which are formed the two modules and the arrangement of the first module 84 to the second module 88 are aligned with each other so that the cooling liquid between the modules 84 . 88 be directed or can flow.
7 zeigt in vereinfachter Darstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 anhand des Abgassammelrohres 12 und einem daran angeordneten Abgasturbolader 32 in einem Längsquerschnitt, der in Strömungsrichtung 20 des Abgases erfolgt ist. 7 shows a simplified representation of a fifth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 on the exhaust manifold 12 and an exhaust gas turbocharger arranged thereon 32 in a longitudinal cross section, in the flow direction 20 the exhaust gas is done.
Der Abgasturbolader 32 ist lediglich abschnittsweise dargestellt. Wiederum ist der Turbinenraum 36 in einem Abschnitt 34' des Strömungskanales 34 des Abgassammelrohres 12 gebildet. Ferner ist der Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 wiederum mittels eines Adapters 122 an dem Abgassammelrohr 12 gehalten, wodurch es möglich ist, ein als Serienprodukt erhältlichen Abgasturboladers 32 derart anzupassen, dass der ursprüngliche Turbinenraum 32 des Abgasturboladers 32 aufgegeben wird und durch einen Abschnitt 34' des Strömungskanals 34 des Abgassammelrohres 12 wenigstens abschnittsweise gebildet ist.The turbocharger 32 is only shown in sections. Again, the turbine room 36 in a section 34 ' of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 educated. Further, the main body 58 the exhaust gas turbocharger 32 again by means of an adapter 122 at the exhaust manifold 12 held, whereby it is possible, available as a standard exhaust gas turbocharger 32 adapt so that the original turbine room 32 the exhaust gas turbocharger 32 is abandoned and through a section 34 ' of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 is formed at least in sections.
Der weitere Aufbau folgt dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass das in 7 gezeigte Abgassammelrohr 12 einstückig als Gussteil ausgebildet ist, wobei ein Aluminiumwerkstoff verwendet wurde.The further construction follows the aforementioned embodiment. In addition, it can be seen that in 7 shown exhaust manifold 12 is integrally formed as a casting, wherein an aluminum material was used.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist in der 8 stellvertretend durch einen Abschnitt eines in Strömungsrichtung 20 des Abgases erfolgten Längsquerschnittes durch ein Abgassammelrohr 12 gezeigt, an dem wiederum ein Abgasturbolader 32 angeordnet ist. Die Anordnung des Abgasturboladers 32 an dem Abgassammelrohr 12 folgt den vorherigen Ausführungen zu den letztgenannten beiden Ausführungsbeispielen.A sixth embodiment of the combined heat and power plant according to the invention 2 is in the 8th represented by a section of a flow direction 20 the exhaust gas made longitudinal cross-section through an exhaust manifold 12 shown, in turn, an exhaust gas turbocharger 32 is arranged. The arrangement of the exhaust gas turbocharger 32 at the exhaust manifold 12 follows the previous comments on the latter two embodiments.
Innerhalb der 8 ist ersichtlich, dass der Abschnitt 74 des Strömungskanals 34 des Abgassammelrohres 12, der in Strömungsrichtung 20 des Abgases an das Drehzahlbegrenzungselement 110 anschließt, sich wenigstens abschnittsweise in seinem Strömungsquerschnitt vergrößert, so dass dieser Abschnitt 74 des Strömungskanals 36 teilweise konusförmig geformt ist.Within the 8th it is apparent that the section 74 of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 in the flow direction 20 the exhaust gas to the speed limiting element 110 connects, at least partially enlarged in its flow cross section, so that this section 74 of the flow channel 36 is partially cone-shaped.
Darüber hinaus ist wiederum bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 das Abgassammelrohr 12 einstückig als Aluminiumgussteil ausgeführt. Die weiteren Ausführungen der vorstehenden Ausführungsbeispiele gelten für das in 8 gezeigte Abgassammelrohr 12 bzw. das betreffende erfindungsgemäße Blockheizkraftwerk 2 analog.In addition, again in this embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 the exhaust manifold 12 made in one piece as an aluminum casting. The further embodiments of the preceding embodiments apply to the in 8th shown exhaust manifold 12 or the relevant cogeneration plant according to the invention 2 analogous.
Darüber hinaus wird das Abgassammelrohr 12 abnehmbar an dem Kolbenmotor 4' des erfindungsgemäß gebildeten Blockheizkraftwerkes 2 – wie bereits vorstehend ausgeführt – mittels eines Flansches 106 gehalten.In addition, the exhaust manifold becomes 12 removable on the piston engine 4 ' the inventively formed cogeneration plant 2 - as already stated above - by means of a flange 106 held.
Das in 9 gezeigte siebte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist stark detailreduziert und schematisch gezeigt durch dessen Abgassammelrohr 12 mit einem daran abnehmbar angeordneten Abgasturbolader 32.This in 9 shown seventh embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 is strongly detail reduced and shown schematically by its exhaust manifold 12 with a detachably arranged exhaust gas turbocharger 32 ,
Dabei ist wiederum der Turbinenraum 36 des Abgasturboladers 32 in Strömungsrichtung 20 gesehen durch einem Abschnitt 34' des Strömungskanals 34 des Abgassammelrohrs 12 gebildet.Here again is the turbine room 36 the exhaust gas turbocharger 32 in the flow direction 20 seen through a section 34 ' of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 educated.
Darüber hinaus ist das Drehzahlbegrenzungselement 110 gemäß den vorherigen Ausführungen zu den Ausführungsbeispielen analog auf dieses Ausführungsbeispiel anzuwenden. Das Abgassammelrohr 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht flüssigkeitsgekühlt. Dabei weisen die Mittel zur Drehzahlbegrenzung 110 einen Bypass-Kanal 126 auf, der einen Teil des Abgases an dem Turbinenrad 44 vorbeiführt, um eine Grundeinstellung der Drehzahlbegrenzung vornehmen zu können.In addition, the speed limiting element is 110 according to the previous comments on the embodiments apply analogously to this embodiment. The exhaust manifold 12 is not liquid cooled in this embodiment. In this case, the means for speed limitation 110 a bypass channel 126 on, the part of the exhaust gas on the turbine wheel 44 passes to make a basic setting of the speed limitation can.
Der Bypass-Kanal 126 ist in diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 derart eingerichtet und ausgebildet, dass ein Abschnitt 64 des Strömungskanals, der dem in dem Abgassammelrohr 12 angeordneten Turbinenrad 44 in Strömungsrichtung 20 vorgeordnet ist, mit einem Abschnitt 74 des Strömungskanals 34, der dem Turbinenrad 44 in Strömungsrichtung 20 nachgeordnet ist, strömungstechnisch zur Leitung eines Teils des Abgasstromes verbunden ist.The bypass channel 126 is in this embodiment of the cogeneration plant according to the invention 2 set up and designed such that a section 64 the flow channel, that in the exhaust manifold 12 arranged turbine wheel 44 in the flow direction 20 is upstream, with a section 74 of the flow channel 34 , the turbine wheel 44 in the flow direction 20 is downstream fluidically connected to the direction of a portion of the exhaust stream.
In 9 ist schematisch ein Verdichterraum 52 gezeigt, in dem ein Verdichterrad 50 drehbar angeordnet ist, wobei durch die dargestellten Pfeile 56, 56' die Richtung der Luftströmung dargestellt ist, wie diese den Verdichterraum 52 zur Weiterleitung an den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine 4 (jeweils nicht dargestellt) passiert.In 9 is schematically a compressor room 52 shown in which a compressor wheel 50 is rotatably disposed, wherein by the illustrated arrows 56 . 56 ' the direction of the air flow is shown as this the compressor room 52 for transmission to the combustion chamber of the internal combustion engine 4 (not shown) happened.
10 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2, bei dem ein Ausschnitt des Turbinenraumes 36 gezeigt ist, wie dieser in einem Strömungskanal 34 eines Abgassammelrohres 12 gebildet sein kann. 10 shows an eighth embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 in which a section of the turbine room 36 is shown as this in a flow channel 34 an exhaust manifold 12 can be formed.
Dabei ist ein Bypass-Kanal 126 in dem Drehzahlbegrenzungselement 110 gebildet, durch den Abgas an dem Turbinenrad 44 vorbei geführt wird, um schließlich die Drehzahl des Turbinenrades 44 bzw. den Ladedruck des Verdichters 55 begrenzen zu können.There is a bypass channel 126 in the speed limiting element 110 formed by the exhaust gas on the turbine wheel 44 is passed to finally the speed of the turbine wheel 44 or the boost pressure of the compressor 55 to be able to limit.
11 zeigt ein neuntes Ausbildungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2, bei dem wiederum ein Bypass-Kanal 126 in dem Drehzahlbegrenzungselement 110 angeordnet ist. Das dargestellte Abgassammelrohr 12 ist wiederum nicht flüssigkeitsgekühlt, so dass eine Kavität 16 für eine Kühlflüssigkeit entfällt. Darüber hinaus ist das dargestellte Abgassammelrohr 12 für eine fünfzylindrige Kolbenmaschine 4' bestimmt. Charakteristisch für das dargestellte Abgassammelrohr 12 eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 ist die Abgasführung die im Wesentlichen geradlinig erfolgt und im Bereich der Anordnung des Turbinenrades 44 einen Richtungswechsel erfährt, woraufhin die Strömungsrichtung des Abgases um 180 Grad wechselt. 11 shows a ninth exemplary embodiment of a combined heat and power plant according to the invention 2 , which in turn has a bypass channel 126 in the speed limiting element 110 is arranged. The illustrated exhaust manifold 12 again is not liquid cooled, leaving a cavity 16 for a cooling liquid is eliminated. In addition, the illustrated exhaust manifold 12 for a five-cylinder piston engine 4 ' certainly. Characteristic of the illustrated exhaust manifold 12 a cogeneration plant according to the invention 2 is the exhaust system which is substantially rectilinear and in the region of the arrangement of the turbine wheel 44 undergoes a change of direction, whereupon the flow direction of the exhaust gas changes by 180 degrees.
Darüber hinaus ist in 12 die in 6 durch A gekennzeichnete Ansicht des Abgassammelrohres 12 gezeigt, um die spiralformartige Ausbildung des Turbinenraumes 36 bzw. des Strömungskanal 34 zur Führung des Abgases zu verdeutlichen.In addition, in 12 in the 6 A marked by A view of the exhaust manifold 12 shown to the helical formation of the turbine space 36 or the flow channel 34 to illustrate the guidance of the exhaust gas.
Ein erfindungsgemäßes Blockheizkraftwerk 2 kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt sein. Dabei ist es möglich, dass der Abgasturbolader 32 an verschiedenen Stellen des Abgastraktes 18 angeordnet sein kann. In den gezeigten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist der Abgasturbolader 32 an dem Abgassammelrohr 12 angeordnet, derart, dass der Turbinenraum 36 des Abgasturboladers 32 in Strömungsrichtung 20 gesehen in einem Abschnitt 34' des Strömungskanals 34 des Abgassammelrohres 12 gebildet ist.An inventive combined heat and power plant 2 can be executed in different ways. It is possible that the turbocharger 32 in different places of the exhaust tract 18 can be arranged. In the illustrated embodiments of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the exhaust gas turbocharger 32 at the exhaust manifold 12 arranged such that the turbine room 36 the exhaust gas turbocharger 32 in the flow direction 20 seen in a section 34 ' of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 is formed.
Darüber hinaus ist es möglich, unterschiedliche Werkstoffe zur Bildung eines Drehzahlbegrenzungselementes 110 zu verwenden. In den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist das Drehzahlbegrenzungselement 110 durch einen Stahlwerkstoff hergestellt. Gleichfalls ist es jedoch möglich, temperaturfesten Kunststoff, Keramik wie auch andere Werkstoffe zu verwenden, die eine gewünschte Standzeit eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ermöglichen.In addition, it is possible to use different materials to form a speed limiting element 110 to use. In the previously described embodiments of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the speed limiting element 110 produced by a steel material. Likewise, it is possible to use temperature-resistant plastic, ceramic as well as other materials, the desired life of a combined heat and power plant according to the invention 2 enable.
Darüber hinaus ist es möglich, dass verschiedene Werkstoffe miteinander kombiniert werden können, so dass es ebenfalls möglich ist, dass ein Drehzahlbegrenzungselement 110 eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 abschnittsweise unterschiedliche Werkstoffe aufweist, so dass beispielsweise ein Stahlwerkstoff mit einem Keramikwerkstoff zur Bildung eines Drehzahlbegrenzungselementes 110 kombiniert werden kann.In addition, it is possible that different materials can be combined with each other, so that it is also possible that a speed limiting element 110 a cogeneration plant according to the invention 2 has sections of different materials, so that, for example, a steel material with a ceramic material to form a speed limiting element 110 can be combined.
Ferner ist es möglich, dass das Drehzahlbegrenzungselement 110 einteilig wie auch einstückig ausgeführt ist. Darüber hinaus ist es möglich, dass das Drehzahlbegrenzungselement 110 mehrteilig ausgeführt ist. Demgemäß kann ein erfindungsgemäßes Blockheizkraftwerk 2 in weiten Grenzen ausgeführt sein.Furthermore, it is possible that the speed limiting element 110 one-piece as well as one piece is executed. In addition, it is possible that the speed limiting element 110 is executed in several parts. Accordingly, an inventive cogeneration plant 2 be carried out within wide limits.
In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerkes 2 ist der Turbinenraum 36 des Abgasturboladers 32 stets in Strömungsrichtung 20 gesehen in dem Strömungskanal 34 des Abgassammelrohres 12 gebildet, wodurch der Grundkörper 58 des Abgasturboladers 32 in dem Abgassammelrohr 12 weitergebildet ist, indem der Turbinenraum 36 des Abgasturboladers 32 sowohl Bestandteil der Turbine 40 des Abgasturboladers 32 als auch Teil des Strömungskanals 34 des Abgassammelrohres 12 ist. Darauf ist, wie bereits ausgeführt, die Erfindung keineswegs beschränkt. Der Abgasturbolader 32 kann insbesondere auch unabhängig von dem Abgassammelrohr 12 gebildet sein.In the above-described embodiments of a combined heat and power plant according to the invention 2 is the turbine room 36 the exhaust gas turbocharger 32 always in the flow direction 20 seen in the flow channel 34 the exhaust manifold 12 formed, whereby the main body 58 the exhaust gas turbocharger 32 in the exhaust manifold 12 is further developed by the turbine room 36 the exhaust gas turbocharger 32 both part of the turbine 40 the exhaust gas turbocharger 32 as well as part of the flow channel 34 the exhaust manifold 12 is. As already stated, the invention is by no means limited thereto. The turbocharger 32 in particular, independent of the exhaust manifold 12 be formed.
