DE102015214722A1

DE102015214722A1 - Drucklufterzeugervorrichtung

Info

Publication number: DE102015214722A1
Application number: DE102015214722.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09
Also published as: EP3332120A1; WO2017021031A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Drucklufterzeugungsvorrichtung mit einer Kompressoreinheit (12) zur Erzeugung von Druckluft (16) und mit einer Wärmetauschereinheit (14), welche zu einer Kühlung der Druckluft (16) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Drucklufterzeugungsvorrichtung zumindest eine Kühleinheit (18) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen gemeinsamen Kühlluftstrom (20) für die Kompressoreinheit (12) und die Wärmetauschereinheit (14) zu erzeugen.

Description

Stand der Technik
Es ist eine Drucklufterzeugungsvorrichtung bekannt, welche eine Kompressoreinheit zur Erzeugung von Druckluft und eine Wärmetauschereinheit, welche zu einer Kühlung der Druckluft vorgesehen ist, aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Drucklufterzeugungsvorrichtung mit einer Kompressoreinheit zur Erzeugung von Druckluft und mit einer Wärmetauschereinheit, welche zu einer Kühlung der Druckluft vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Drucklufterzeugungsvorrichtung eine Kühleinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen gemeinsamen Kühlluftstrom für die Kompressoreinheit und die Wärmetauschereinheit zu erzeugen.
Unter einer „Drucklufterzeugungsvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Drucklufterzeugers und vorzugsweise eines Druckluft-Wärme-Kraftwerks verstanden werden. Insbesondere kann die Drucklufterzeugungsvorrichtung auch den gesamten Drucklufterzeuger und vorzugsweise das gesamten Druckluft-Wärme-Kraftwerk umfassen. Insbesondere ist die Drucklufterzeugungsvorrichtung dazu vorgesehen, an ein Druckluftnetz angeschlossen zu werden und/oder dieses mit Druckluft zu versorgen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer „Kompressoreinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist ein Gas und/oder ein Gasgemisch, insbesondere Luft, zu komprimieren. Vorzugsweise weist die Kompressoreinheit zumindest einen Verbrennungsmotor und zumindest einen Verdichter auf, welcher mit dem Verbrennungsmotor wirkschlüssig gekoppelt ist. Unter einem „Verbrennungsmotor“ soll insbesondere ein Motor verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, chemische Energie, insbesondere durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs, in mechanische Energie umzuwandeln. Insbesondere ist der Verbrennungsmotor zumindest als eine Verbrennungskraftmaschine, als ein Ottomotor und vorzugsweise als ein Gas-Ottomotor ausgebildet. Der Verdichter kann insbesondere als ein Kolbenverdichter, als ein Schraubenverdichter und/oder als ein Rotationsverdichter ausgebildet sein. Unter einer „Wärmetauschereinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Wärme in Richtung eines Temperaturgefälles zwischen zumindest zwei insbesondere fluiden Stoffströmen zu übertragen, insbesondere in einem Gegenstromprinzip, in einem Gleichstromprinzip und/oder in einem Kreuzstrombetrieb. Darunter, dass die Wärmetauschereinheit zu einer „Kühlung der Druckluft vorgesehen ist“, soll insbesondere verstanden werden, dass die Wärmeübertragereinheit eine thermische Energie der Druckluft auf ein Kühlmedium, insbesondere eine Kühlluft und/oder eine Umgebungsluft, überträgt. Insbesondere kann eine Druckluftleitung zumindest abschnittsweise durch die Wärmeübertragereinheit hindurchgeführt sein und/oder zumindest teilweise die Wärmeübertragereinheit selbst ausbilden. Insbesondere sind die Kompressoreinheit und die Wärmetauschereinheit zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig innerhalb eines Gehäuses, insbesondere innerhalb einer Schallschutzkabine, der Druckerzeugungsvorrichtung angeordnet.
Unter einer „Kühleinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Beitrag zu einer Abfuhr von entstehender Verlustwärme technischer Komponenten zu leisten. Unter einem „gemeinsamen Kühlluftstrom“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein gerichteter Luftstrom verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, sowohl Verlustwärme der Kompressoreinheit als auch Verlustwärme der Wärmetauschereinheit zumindest teilweise abzuführen. Insbesondere weist die Kühleinheit zumindest einen Ventilator zur Erzeugung und/oder zur Abfuhr des gemeinsamen Kühlluftstroms auf.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Drucklufterzeugungsvorrichtung mit verbesserten Betriebseigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere durch die Erzeugung eines gemeinsamen Kühlluftstroms für die Kompressoreinheit und die Wärmetauschereinheit durch eine Kühleinheit kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Kühlung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kompressoreinheit und die Wärmetauschereinheit strömungstechnisch derart angeordnet sind, dass der Kühlluftstrom zunächst der Kompressoreinheit und darauffolgend der Wärmetauschereinheit zugeführt wird. Insbesondere wird der Kühlluftstrom insbesondere durch natürliche Konvektion und/oder erzwungene Konvektion zunächst der Kompressoreinheit und darauffolgend der Wärmetauschereinheit zugeführt. Hierdurch kann eine vorteilhafte Wärmeabführung von der Kompressoreinheit und der Wärmetauschereinheit erfolgen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kühleinheit dazu vorgesehen ist, der Wärmetauschereinheit durch die Kompressoreinheit unterschiedlich stark erwärmte Anteile des Kühlluftstroms entsprechend einem Temperaturgradienten der Druckluft innerhalb der Wärmetauschereinheit zuzuführen. Insbesondere werden der Wärmetauschereinheit entsprechend einer Temperaturabnahme der Druckluft entlang der Wärmetauschereinheit Anteile des Kühlluftstroms mit abnehmender Temperatur zugeführt. Vorzugsweise ist die Kühleinheit dazu vorgesehen, einem Bereich der Wärmetauschereinheit, in welchem die Druckluft eine niedrigste Temperatur aufweist, einen durch die Kompressoreinheit am geringsten erwärmten Anteil des Kühlluftstroms zuzuführen. Vorzugsweise ist die Kühleinheit ferner dazu vorgesehen, einem Bereich der Wärmetauschereinheit, in welchem die Druckluft eine höchste Temperatur aufweist, einen durch die Kompressoreinheit am stärksten erwärmten Anteil des Kühlluftstroms zuzuführen. Bevorzugt ist die Kühleinheit dazu vorgesehen, einen durch den Verbrennungsmotor der Kompressoreinheit erwärmten Anteil des Kühlluftstroms einem Bereich der Wärmetauschereinheit zuzuführen, in welchem die Druckluft eine höchste Temperatur aufweist. Insbesondere kann eine Führung und/oder Aufteilung des Kühlluftstroms mittels zumindest eines Luftleitelements, beispielsweise eines Luftleitblechs, erfolgen. Hierdurch kann eine vorteilhaft effektive Kühlung der Druckluft erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kühleinheit zumindest teilweise einstückig mit der Kompressoreinheit, insbesondere mit einer Außenwandung der Kompressoreinheit, ausgebildet ist. Insbesondere kann ein Luftleitelement der Kühleinheit einstückig mit der Kompressoreinheit ausgebildet sein. Unter „einstückig“ soll insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder Klebeprozess usw., und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren. Hierdurch kann eine vorteilhafte Führung des gemeinsamen Kühlluftstroms erfolgen.
Zudem wird ein Verfahren zur Kühlung einer Drucklufterzeugungsvorrichtung mit einer Kompressoreinheit zur Erzeugung von Druckluft und mit einer Wärmetauschereinheit, welche zu einer Kühlung der Druckluft vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei zumindest ein gemeinsamer Kühlluftstrom für die Kompressoreinheit und die Wärmetauschereinheit erzeugt wird. Insbesondere wird der gemeinsame Kühlluftstrom mittels eines gemeinsamen Ventilators erzeugt.
Ferner wird ein Druckluft-Wärme-Kraftwerk mit zumindest einer Drucklufterzeugungsvorrichtung vorgeschlagen. Unter einem Druckluft-Wärme-Kraftwerk soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche zu einer Erzeugung von Druckluft und Wärme vorgesehen ist. Insbesondere weist das Druckluft-Wärme-Kraftwerk eine Wärmetauschereinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, Abwärme zumindest teilweise als Nutzwärme in ein Heizwassernetz zu übertragen. Die Wärmetauschereinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, Wärme aus einem Motorkühlwasser und/oder einem Abgas der Verbrennungsmotoreinheit und/oder eine Verdichtungswärme der Verdichtereinheit in ein Heizwassernetz zu übertragen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder effiziente Kühlung eines Druckluft-Wärme-Kraftwerks erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Drucklufterzeugungsvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Drucklufterzeugungsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Druckluft-Wärme-Kraftwerks mit einer Drucklufterzeugungsvorrichtung und
2 eine seitliche Ansicht des Druckluft-Wärme-Kraftwerks mit geöffneter Schallschutzkabine.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckluft-Wärme-Kraftwerks 36. Das Druckluft-Wärme-Kraftwerk 36 ist zu einer Erzeugung von Wärme und Druckluft 16 vorgesehen. Das Druckluft-Wärme-Kraftwerk 36 weist eine Drucklufterzeugungsvorrichtung 10 auf. Die Drucklufterzeugungsvorrichtung 10 umfasst eine Kompressoreinheit 12 zur Erzeugung von Druckluft 16 und eine Wärmetauschereinheit 14, welche zu einer Kühlung der Druckluft 16 vorgesehen ist. Die Kompressoreinheit 12 weist einen Verbrennungsmotor 32 und einen Verdichter 34 auf. Der Verdichter 34 ist beispielsweise mittels einer Welle 38 wirkschlüssig mit dem Verbrennungsmotor 32 gekoppelt. Der Verbrennungsmotor 32, ist beispielsweise als ein Gas-Ottomotor ausgebildet. Dem Verbrennungsmotor 32 wird ein Gemisch aus einem Kraftstoff 40 und Verbrennungsluft 42 zugeführt. Der Verbrennungsmotor 32 ist dazu vorgesehen, die chemische Energie des Kraftstoffs 40 in mechanische Energie und Wärme umzuwandeln. Die Wärme wird zu einem Großteil mittels eines Motorkühlwasserwärmetauschers 44 und eines Abgaswärmetauschers 46 als Nutzwärme in ein Heizwassernetz 48 übertragen. Der Verdichter 34 ist dazu vorgesehen, Druckluft 16 zu erzeugen und über einen Ölabscheider 54 und die Wärmetauschereinheit 14 in ein nicht näher dargestelltes Druckluftnetz einzuspeisen. Die bei der Erzeugung der Druckluft 16 entstehende Verdichtungswärme wird mittels eines Verdichtungswärmetauschers 50 zu einem Großteil als Nutzwärme an das Heizwassernetz 48 übertragen.
2 zeigt das Druckluft-Wärme-Kraftwerk 36 in einer seitlichen Darstellung. Die Kompressoreinheit 12 und die Wärmetauschereinheit 14 der Drucklufterzeugungsvorrichtung 10 sind gemeinsam in einer Schallschutzkabine 52 des Druckluft-Wärme-Kraftwerk 36 angeordnet. Die Drucklufterzeugungsvorrichtung 10 weist eine Kühleinheit 18 auf, die dazu vorgesehen ist, einen gemeinsamen Kühlluftstrom 20 für die Kompressoreinheit 12 und die Wärmetauschereinheit 14 zu erzeugen. Die Kühleinheit 18 weist einen Ventilator 56 auf, welcher zur Erzeugung des Kühlluftstroms 20 vorgesehen ist. Durch den Ventilator 56 wird Umgebungsluft 58 in die Schallschutzkabine 52 gesogen. Die Kühleinheit 18 ist teilweise einstückig mit der Kompressoreinheit 12 ausgebildet. Insbesondere kann die Kühleinheit 18 zumindest teilweise von Gehäusekomponenten und/oder Anbaukomponenten der Kompressoreinheit 12 ausgebildet sein. Die Kompressoreinheit 12 und die Wärmetauschereinheit 14 sind strömungstechnisch derart innerhalb der Schallschutzkabine 52 angeordnet, dass der Kühlluftstrom 20 zunächst der Kompressoreinheit 12 und darauffolgend der Wärmetauschereinheit 14 zugeführt wird.
Die Kühleinheit 18 ist dazu vorgesehen, der Wärmetauschereinheit 14 durch die Kompressoreinheit 12 unterschiedlich stark erwärmte Anteile 22, 24 des Kühlluftstroms 20 entsprechend einem Temperaturgradienten 26 der Druckluft 16 innerhalb der Wärmetauschereinheit 14 zuzuführen. Die Kühleinheit 18 ist dazu vorgesehen, einem Bereich 28 der Wärmetauschereinheit 14, in welchem die Druckluft 16 eine niedrigste Temperatur aufweist, einen durch die Kompressoreinheit 12 am geringsten erwärmten Anteil 22 des Kühlluftstroms 20 zuzuführen. Ferner ist die Kühleinheit 18 dazu vorgesehen, einem Bereich 30 der Wärmetauschereinheit 14, in welchem die Druckluft 16 eine höchste Temperatur aufweist, einen durch die Kompressoreinheit 12 am stärksten erwärmten Anteil 24 und insbesondere einen durch den Verbrennungsmotor 32 erwärmten Anteil 24 des Kühlluftstroms 20 zuzuführen.

Claims

Drucklufterzeugungsvorrichtung mit einer Kompressoreinheit (12) zur Erzeugung von Druckluft (16) und mit einer Wärmetauschereinheit (14), welche zu einer Kühlung der Druckluft (16) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch zumindest eine Kühleinheit (18), welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen gemeinsamen Kühlluftstrom (20) für die Kompressoreinheit (12) und die Wärmetauschereinheit (14) zu erzeugen.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoreinheit (12) und die Wärmetauschereinheit (14) strömungstechnisch derart angeordnet sind, dass der Kühlluftstrom (20) zunächst der Kompressoreinheit (12) und darauffolgend der Wärmetauschereinheit (14) zugeführt wird.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (18) dazu vorgesehen ist, der Wärmetauschereinheit (14) durch die Kompressoreinheit (12) unterschiedlich stark erwärmte Anteile (22, 24) des Kühlluftstroms (20) entsprechend einem Temperaturgradienten (26) der Druckluft (16) innerhalb der Wärmetauschereinheit (14) zuzuführen.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (18) dazu vorgesehen ist, einem Bereich (28) der Wärmetauschereinheit (14), in welchem die Druckluft (16) eine niedrigste Temperatur aufweist, einen durch die Kompressoreinheit (12) am geringsten erwärmten Anteil (22) des Kühlluftstroms (20) zuzuführen.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (18) dazu vorgesehen ist, einem Bereich (30) der Wärmetauschereinheit (14), in welchem die Druckluft (16) eine höchste Temperatur aufweist, einen durch die Kompressoreinheit (12) am stärksten erwärmten Anteil (24) des Kühlluftstroms (20) zuzuführen.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoreinheit (12) zumindest einen Verbrennungsmotor (32) und zumindest einen Verdichter (34) aufweist, welcher mit dem Verbrennungsmotor (32) wirkschlüssig gekoppelt ist.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (18) dazu vorgesehen ist, einen durch den Verbrennungsmotor (32) erwärmten Anteil (24) des Kühlluftstroms (20) einem Bereich (30) der Wärmetauschereinheit (14) zuzuführen, in welchem die Druckluft (16) eine höchste Temperatur aufweist.
Drucklufterzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (18) zumindest teilweise einstückig mit der Kompressoreinheit (12) ausgebildet ist.
Verfahren zur Kühlung einer Drucklufterzeugungsvorrichtung (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Kompressoreinheit (12) zur Erzeugung von Druckluft (16) und mit einer Wärmetauschereinheit (14), welche zu einer Kühlung der Druckluft (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein gemeinsamer Kühlluftstrom (20) für die Kompressoreinheit (12) und die Wärmetauschereinheit (14) erzeugt wird.
Kühleinheit für ein Drucklufterzeugungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Druckluft-Wärme-Kraftwerk mit zumindest einer Drucklufterzeugungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.