DE10248292A1

DE10248292A1 - Blockheizkraftwerk und Verfahren zum Betrieb desselben

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Publication number: DE10248292A1
Application number: DE10248292A
Authority: DE
Inventors: Martin RÄSS; Hubert Stephan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Bekannte Blockheizkraftwerke weisen typischerweise eine Kraft-Wärme-Koppelung auf. Die Antriebsleistung einer Brennkraftmaschine wird in elektrische Leistung gewandelt. Die Verlustwärme der Brennkraftmaschine wird zur Wärmeerzeugung genutzt. Die bekannten Blockheizkraftwerke weisen keinen optimalen Wirkungsgrad auf. DOLLAR A Es wird ein Blockheizkraftwerk (2) mit Kraft-Wärme-Koppelung vorgeschlagen, das eine Motor-Generator-Einheit (4) als Stromerzeugungsaggregat aufweist, welche eine Brennkraftmaschine (6) und einen von dieser direkt angetriebenen Generator (8) umfasst. In einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine (6) ist wenigstens ein Wärmetauscher (14) angeordnet, der primärseitig mit einem Wärmespeicher gekoppelt ist, und der sekundärseitig Wärmeenergie für Heizzwecke o. dgl. und/oder Warmwasser für ein Gebäude, eine Betriebs- bzw. Wirtschaftseinheit o. dgl. zur Verfügung stellt. Die Brennkraftmaschine (6) weist eine Selbstzündung auf und arbeitet nach dem Viertakt-Verbrennungsverfahren. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Blockheizkraftwerkes (2) beschrieben. DOLLAR A Derartige Blockheizkraftwerke eignen sich zur Energieversorgung kleinerer Wirtschaftseinheiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Blockheizkraftwerk mit Kraft-Wärme-Koppelung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb des Blockheizkraftwerks gemäß dem Oberbegriff des Verfahrensanspruchs 28.
Blockheizkraftwerke bzw. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen erzeugen elektrischen Strom, der in einem eigenen Betrieb oder Haushalt verbraucht und/oder in ein öffentliches Netz eingespeist wird. Zusätzlich wird die Verlustwärme des Antriebs für Heizungszwecke zur Verfügung gestellt. Prinzipiell besitzen Blockheizkraftwerke eine Antriebsmaschine, die einen Generator zur Bereitstellung der benötigten elektrischen Energie antreibt. Üblicherweise ist die Antriebsmaschine mit dem Generator zusammengeflanscht, so dass die Generatorwelle direkt von der Kurbelwelle angetrieben wird.
Als Antriebsmaschine kommt typischerweise eine Brennkraftmaschine in Frage, wegen des hohen Wirkungsgrades meist eine Dieselkraftmaschine.
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen werden vorzugsweise dort eingesetzt, wo sowohl ein relativ hoher Bedarf an Elektroenergie, als auch ein relativ gleichbleibender Bedarf an Wärmeenergie besteht. Die beim Prozess an der Antriebsmaschine anfallende Abwärme wird bei Blockheizkraftwerken als Nutzwärme an die angeschlossenen Verbraucher geliefert. In den meisten Fällen sind Blockheizkraftwerke so ausgelegt, dass nicht der gesamte Wärmebedarf zu jedem Zeitpunkt durch die Abwärme der Antriebsmaschine abgedeckt werden kann, was typischerweise durch einen Zwischenspeicher ausgeglichen wird. Als solcher Zwischenspeicher kommt insbesondere ein wassergefüllter Speicher in Frage, der eine Wärmedämmung nach außen aufweist und deshalb nur eine minimale Verlustwärme nach außen abgibt.
In der DE 42 03 491 A1 ist eine Energieversorgungseinheit beschrieben, die zur Erzeugung von Wärme und von elektrischer Energie dient. Die Energieversorgungseinheit umfasst einen Generator zur Stromerzeugung, der von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Wärmeenergie wird aus den Abgasen des Motors und aus dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine mittels Wärmetauscher gewonnen und in einem Wärmespeicher bereitgestellt. Mit Hilfe einer Wärmepumpe, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wird Restwärme aus den Motorabgasen zurückgewonnen und für die Aufheizung des Wärmespeichers genutzt. Der Wärmespeicher kann gegebenenfalls auch durch die erzeugte elektrische Energie aufgeheizt werden.
Eine Kraft-Wärme gekoppelte Einrichtung zur Energieversorgung ist weiterhin aus der DE 197 40 398 A1 bekannt. Hierbei ist eine Brennkraftmaschine mit einem Generator und einem Wärmespeicher gekoppelt, dem ein Kaltspeicher zugeordnet ist. Beide Speicher sind durch eine Wärmepumpe miteinander verbunden, wobei der Kaltspeicher als Wärmequelle für die Wärmepumpe dient. Anlagenmodule, die Wärmeenergie mit relativ hohem thermischen Niveau erzeugen, sind an den Wärmespeicher und diejenigen Module, die Wärmeenergie mit einem relativ niedrigen thermischen Niveau liefern, an den Kaltspeicher angeschlossen.
Ein gattungsgemäßes Blockheizkraftwerk ist schließlich aus der DE 198 16 415 A1 bekannt, das einen Verbrennungsmotor und eine von diesem angetriebenen Generator umfasst. Als Heizkessel wird ein Brennwertskessel verwendet, in dem die vom Verbrennungsmotor imitierten Abgase und /oder die vom Brenner emittierten Rauchgase über einen Wärmetauscher bis unter ihren Taupunkt abkühlbar sind.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Blockheizkraftwerk zur Verfügung zu stellen, das einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist und zudem einen umweltfreundlichen und kostengünstigen Betrieb ermöglicht.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.
Ein Blockheizkraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Motor-Generator-Einheit als Stromerzeugungsaggregat auf, die eine Brennkraftmaschine und einen von dieser direkt angetriebenen Generator umfasst. Im Abgaskanal der Brennkraftmaschine ist wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen, der primärseitig mit einem Wärmespeicher gekoppelt ist und der sekundärseitig Wärmeenergie für Heizzwecke oder dgl. und/oder Warmwasser für ein Gebäude, eine Betriebs- bzw. Wirtschaftseinheit oder dgl. zur Verfügung stellt. Erfindungsgemäß arbeitet die Brennkraftmaschine nach dem Viertaktverbrennungsverfahren und weist eine Selbstzündung auf. Eine derartige selbstzündende Diesel-Viertaktmaschine weist einen sehr hohen Wirkungsgrad auf und ist zudem relativ einfach aufgebaut.
Die Brennkraftmaschine weist wenigstens eine Zylindereinheit auf, die einen Brennraum, einen Zylinder und einen darin oszillierenden Hubkolben aufweist. Alternativ können auch mehrere Zylindereinheiten vorgesehen sein, je nachdem welche Dimensionierung das Blockheizkraftwerk aufweisen soll. Da eine typische Diesel-Zylindereinheit ein optimales Hubvolumen von ca. 0,4 dm³ aufweist, ist es sinnvoll, bei höheren erforderlichen Leistungen mehrere Zylindereinheiten vorzusehen, die über eine gemeinsame Kurbelwelle oder über miteinander gekoppelte Einzelkurbelwellen abtriebsseitig gekoppelt sind.
Die Kurbelwelle jeder Zylindereinheit ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wälzgelagert, wobei jeweils zwei äußere Wälzlager außerhalb von Kurbelwangen jeder Zylindereinheit vorgesehen sind. Weiterhin können die Pleuelstangen des Hubkolbens der Zylindereinheit wälzgelagert sein. Eine besonders hohe Lebensdauer kann dadurch erreicht werden, dass die Wälzlager jeweils Wälzköper und/oder Wälzkäfige aus Keramik aufweisen. Solche Keramiklagerteile weisen zudem besonders günstige Notlaufeigenschaften bei einem Abriss oder Ausfall der Schmierung auf. Insgesamt sind Wälzlager relativ robust und weisen im Allgemeinen günstige Notlaufeigenschaften auf.
Alternativ können auch andere Lagerbauformen vorgesehen sein, bspw. ölgeschmierte Gleitlager, Magnet- oder Luftlager.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine direkte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum jeder Zylindereinheit vor. Ein besonders hoher Wirkungsgrad kann dadurch erreicht werden, dass eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffzumessung in dem wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die dem wenigstens einen Brennraum zugeführte Kraftstoffmenge variabel ist und von einer Mehrzahl von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig gemacht sein kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht einen variablen Einspritzzeitpunkt sowie eine variable Einspritzdauer des dem wenigstens einem Brennraum zugeführten Kraftstoffs vor. Insbesondere kann durch eine variable Anpassung der Einspritzparameter eine Anpassung an unterschiedliche Brennstoffe mit unterschiedlichen Zündeigenschaften, unterschiedlichen Brennwerten und variablen Energiedichten erreicht werden.
Als Kraftstoffeinspritzventile kommen druckgesteuerte oder elektro-aktuatorisch vorgesteuerte Kraftstoffeinspritzventile in Frage. Als Vorsteuerungen für solche Ventile eignen sich bspw. Elektromagnete oder Piezo-Aktuatoren. Hierdurch ist eine präzise und zuverlässige Kraftstoffzumessung auch bei variablen äußeren Bedingungen möglich.
Zur Kraftstoffversorgung des wenigstens einen Kraftstoffeinspritzventils kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen sein, der einen Kraftstoffdruck von bis zu 2000 bar oder mehr aufweisen kann. Ein solcher Druckspeicher ermöglicht eine Mehrfacheinspritzung mit besonders kurzen Einspritzimpulsen und damit eine besonders exakte Einspritzung.
Am Kraftstoffhochdruckspeicher ist vorzugsweise ein Überdruckventil vorgesehen, dessen Kraftstoffüberlauf insbesondere zur Schmierung der Kurbelwellenlager verwendet werden kann. Auf diese Weise werden die Kurbelwellenlager mit besonders dünnflüssigem Schmierstoff versorgt, da der Kraftstoff im Kraftstoffhochdruckspeicher auf Grund des hohen Drucks ein Temperaturniveau von über 100 °C aufweist. Bei diesen Temperaturen ist zur Selbstzündung geeigneter Kraftstoff (bspw. Dieselkraftstoff oder Pflanzenöl) besonders dünnflüssig und eignet sich damit hervorragend zur Lagerschmierung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Einrichtung zur Förderung von Kraft- und Schmierstoff aus einem Tank in einen Schmierstoffkreislauf und eine Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes aus dem Schmierstoffkreislauf über eine Kraftstoffzumessvorrichtung unter Herstellung eines brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches in den wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine vor. Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes in den Schmierstoffkreislauf mit einem Schmieröleinlassstutzen und/oder mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gekoppelt. Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes zur Kraftstoffzumessvorrichtung mit einem Schmierstoffsammelbehälter der Brennkraftmaschine gekoppelt. Der Schmierstoffsammelbehälter kann insbesondere ein Sammelbehälter einer Nasssumpf- und/oder einer Trockensumpfschmierung sein. Als Schmierstoffsammelbehälter kommt insbesondere eine bekannte herkömmliche Ölwanne in Frage. Als Schmierstoffsammelbehälter kommt jedoch auch ein Ausgleichsbehälter einer Trockensumpfschmierung in Frage.
Die Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes aus dem Tank in den Schmierstoffkreislauf der Brennkraftmaschine kann insbesondere eine Förderpumpe mit einer festen oder variablen Fördermenge sein. Durch die Förderung des Kraft- und Schmierstoffes zunächst in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine wird jederzeit eine ausreichende und optimale Schmierung aller Schmierstellen der Brennkraftmaschine gewährleistet. Gegenüber bekannten Anordnungen, wo der Kraftstoff zunächst in den Ölsumpf geleitet und von dort über eine herkömmliche Ölpumpe den Schmierstellen zugeführt wird, besteht bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine der Vorteil, dass der Motor jederzeit mit frischem Öl aus dem Tank versorgt wird. Zudem wird dem Motor jederzeit kaltes Öl zugeführt, das ggf. im Schmierölkreislauf mit bereits erhitztem Öl durchmischt werden kann.
Der Kraft- und Schmierstoff wird aus dem Ölsammelbehälter abgesaugt und über eine zweite Förderpumpe einer Kraftstoffzumessvorrichtung, insbesondere einem Einspritzventil zugeführt. Zur Erzeugung des für die Einspritzung notwenigen hohen Drucks ist zwischen zweiter Förderpumpe und Kraftstoffeinspritzventil vorzugsweise eine Hochdruckpumpe vorgesehen.
Der Kraft- und Schmierstoff in der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise mittels einer Niveauregelung auf einem gewünschten Niveau gehalten. Hierbei wird eine überschüssige Menge an Kraft- und Schmierstoff abgesaugt und zum Tank zurückgeführt, so dass der Motor nicht überflutet werden kann. Zur Rückförderung wird typischerweise eine dritte Förderpumpe eingesetzt. Die Förderpumpen können elektrisch oder mechanisch betrieben sein und können ein variables oder ein konstantes Fördervolumen aufweisen.
Eine Positionierung eines Sauganschlusses, mit dem die dritte Förderpumpe eine Menge von zuviel im Motor befindlichem Kraft- und Schmierstoff aus dem Ölsammelbehälter absaugt, definiert ein Schmierstoffniveau im Behälter bzw. in der Brennkraftmaschine.
Um eine Überflutung der Brennkraftmaschine mit Kraft- und Schmierstoff zu verhindern, ist vorzugsweise zwischen der ersten Förderpumpe und dem Zylinderkopf eine Durchflussbegrenzung, bspw. in Form einer Drossel o. dgl. vorgesehen. Die Auslegung dieser Durchflussbegrenzung erfolgt zweckmäßigerweise durch Versuche, so dass eine individuelle Anpassung an jede Brennkraftmaschine erfolgen kann. Nach dieser einmaligen Auslegung bleiben die Durchflusskenngrößen der Durchflussbegrenzung konstant.
Weiterhin kann vorzugsweise zwischen erstem Sauganschluss im Schmierstoffsammelbehälter bzw. im Trockensumpfbehälter und zweiter Förderpumpe eine Filtereinrichtung zur Filterung des Kraft- und Schmierstoffes aus dem Schmierstoffsammelbehälter vorgesehen sein. Diese Filtereinrichtung kann weiterhin über eine Entlüftungseinrichtung verfügen, die ggf. auch getrennt von der Filtereinrichtung vorgesehen sein kann. Die Entlüftungseinrichtung bietet insbesondere den Vorteil, dass in dem Kraft- und Schmierstoff befindliche bzw. gelöste Luft abgeschieden wird und keine negativen Einflüsse auf die Kraftstoffversorgung haben kann.
Eine erfindungsgemäße Variante sieht einen zwischen Tank und Brennkraftmaschine angeordneten Zwischentank vor, in den eine Rücklaufleitung mündet. Auf diese Weise wird der Kraft- und Schmierstoff zunächst aus dem großen Tank in den relativ kleinen Zwischentank gefördert und von dort zum Schmieröleinlassstutzen bzw, zum Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Da das aus der Brennkraftmaschine in den Zwischentank zurück geförderte Öl nur diesen erwärmt, nicht jedoch das gesamte Tankvolumen, bleibt der im Tank befindliche Kraft- und Schmierstoff deutlich länger lagerfähig und ist nicht der Gefahr ausgesetzt, durch Eintrag von Wärme, von Sauerstoff und von anderen Schadstoffen seine positiven Schmiereigenschaften zu verlieren. Insbesondere die nativen Öle neigen unter Zufuhr von Wärme und von Luftsauerstoff zur vorzeitigen Alterung aufgrund von Oxidationserscheinungen.
Eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades des Blockheizkraftwerks kann durch einen turbinengetriebenen Zusatzgenerator im Abgaskanal erreicht werden. Wird die Turbine zum Antrieb dieses Zusatzgenerators in einem Bereich hinter dem bzw. den Abgaswärmetauschern angeordnet, kann die Turbine gegebenenfalls mit Kunststoffschaufeln ausgestattet sein, da an dieser Stelle das Abgas eine Temperatur von deutlich unter 100 Grad aufweisen kann.
Der dem Brennraum zugeführte Kraftstoff kann wahlweise eine Vorwärmung aufweisen, was insbesondere bei der Verwendung von Pflanzenöl als Kraftstoffen notwendig sein kann, da diese Pflanzenöle eine sehr hohe Zündtemperatur von teilweise über 200 °C aufweisen. Eine solche Vorwärmung kann ggf. allein schon durch die Verdichtung im erwähnten Kraftstoffhochdruckspeicher erreicht werden. Die Vorwärmeinrichtung kann wahlweise auch zur Vorwärmung von noch kaltem Kraftstoff in einer Startphase dienen.
Die gesamte Auslegung der Brennkraftmaschine des Blockheizkraftwerks sieht eine Eignung für pflanzenbasierte und/oder für mineralölbasierte Kraftstoffe vor. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine zum Betrieb mit kaltgepressten pflanzlichen Ölen geeignet. Auch eine Verwendung von verflüssigten pflanzlichen Fetten als Kraftstoff ist möglich und sinnvoll. Die Brennkraftmaschine stellt somit einen sog. Vielstoffmotor dar.
Auf diese Weise ist ein umweltfreundlicher Betrieb des Blockheizkraftwerks mit dezentraler Kraftstoffversorgung möglich. Somit eignet sich das Blockheizkraftwerk insbesondere für einen Inselbetrieb ohne Verbindung zu einem öffentlichen Stromnetz, bspw. in abgelegenen Gegenden.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht einen ersten Abgaswärmetauscher im Abgaskanal zur Erwärmung der im Wärmespeicher befindlichen Flüssigkeit vor. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht weiterhin einen dem ersten Abgaswärmetauschern nachgeschalteten zweiten Abgaswärmetauscher zur weiteren Erwärmung der im Wärmespeicher befindlichen Flüssigkeit vor.
Beide Wärmetauscher führen insgesamt zu einer Reduzierung der Abgastemperatur auf Werte von deutlich unter 100 °C, woraus ein deutlich erhöhter Gesamtwirkungsgrad des Blockheizkraftwerks resultiert.
Eine weitere Ausgestaltung sieht einen mit dem Wärmespeicher gekoppelten Kühlkreislauf der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, sowie einen mit dem Wärmespeicher gekoppelten Kühlkreislauf des flüssigkeitsgekühlten Generators vor. Damit kann ein hoher Anteil der Verlustwärme der Motor-Generator-Einheit ausgenutzt werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch eine Förderpumpe zur Versorgung der Kühlkreiskäufe der Brennkraftmaschine und/oder des Generators mit erwärmter Flüssigkeit aus dem Wärmespeicher in einer Startphase. Ein Start der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise nach Erreichen einer Mindesttemperatur im Wärmespeicher und/oder nach Überschreiten einer vorgegebenen Vorwärmzeit ausgelöst.
Die Motor-Generator-Einheit sowie die Abgaswärmetauscher sind vorzugsweise in eine Wärme dämmende und/oder Schall dämpfende Kapselung eingehüllt und geben dadurch nur eine sehr geringe Verlustwärme nach außen ab. Der Generator ist vorzugsweise auch als Starter betreibbar, was durch die direkte Kopplung der Kurbelwelle mit der Generatorwelle erleichtert wird.
Ein dem Generator nachgeschalteter Gleichrichter zum Laden eines Puffer-Akkumulators kann beim Starten durch einen zwischen Puffer-Akkumulator und als Starter betriebenen Generator geschalteten Wechselrichter ersetzt sein. Ein Zwischenkreis zwischen Motor-Generator und Akkumulator sorgt jeweils für eine geeignete Wandlung in die gewünschte Richtung.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum möglichst effizienten Betrieb eines Blockheizkraftwerks gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen anzugeben.
Dieses weitere Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des Verfahrensanspruchs 28 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Blockheizkraftwerks gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

– Spülen des Flüssigkeitsmantels der Brennkraftmaschine und/oder des Flüssigkeitsmantels des Generators mit erwärmter Flüssigkeit aus dem Wärmespeicher durch Starten der Kühlmittelförderpumpe vor dem Start der Brennkraftmaschine,
– Starten der Brennkraftmaschine nach Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur der Kühlflüssigkeit und/oder nach Überschreiten einer vorgegebenen Vorlaufzeit,
– Betrieb der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer vorgegebenen Höchsttemperatur im Wärmespeicher,
– Abstellen der Brennkraftmaschine unter Weiterbetrieb der Kühlmittelförderpumpe bis zum Erreichen einer Kühlflüssigkeitstemperatur in der Brennkraftmaschine, die einer oberen Speichertemperatur entspricht.

Bei einem Inselbetrieb des Blockheizkraftwerks sollte ein ausreichend dimensionierter Speicherakkumulator zur Speicherung von elektrischer Energie vorgesehen sein.
Bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung des Speicherakkumulators und/oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindesttemperatur im Wärmespeicher wird die Brennkraftmaschine vorzugsweise gestartet.
Ein Abstellen des Motors erfolgt bei einer vorgegebenen Maximalspannung im Speicherakkumulator und/oder bei Erreichen einer vorgegebenen Soll-Temperatur im Wärmespeicher.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht einen Notstrombetrieb des Blockheizkraftwerks vor, bei dem die Brennkraftmaschine beim Auftreten eines Netzausfalles und bei Anforderung der Akkumulatoren gestartet wird. Die Brennkraftmaschine wird vorzugsweise nur dann abgestellt, wenn im Speicherakkumulator eine vorgegebene Maximalspannung erreicht ist. Alternativ kann auch die Brennkraftmaschine während eines Netzausfalls im Dauerbetrieb laufen. Hierbei ist für eine ausreichende Wärmeabnahme des Blockheizkraftwerkes zu sorgen, damit nicht bspw. die Brennkraftmaschine überhitzt.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Dabei zeigt:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks mit Kraft-Wärme-Koppelung,
2 ein Prinzipbild des Blockheizkraftwerks in detaillierter Darstellung,
3 eine bevorzugte Ausgestaltung einer Brennkraftmaschine des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks in detaillierter Darstellung,
4 einen ersten Wärmetauscher des Abgaswärmetauschers gemäß 2 in schematischer Darstellung,
5 und 6 jeweils Schnittdarstellungen des ersten Wärmetauschers gemäß 4,
7 und 8 zwei Ansichten eines zweiten Wärmetauschers des Abgaswärmetauschers gemäß 2,
9 eine Schnittdarstellung des zweiten Wärmetauschers gemäß 7,
10 eine weitere Ansicht des zweiten Wärmetausches und
11 eine weitere Schnittdarstellung des zweiten Wärmetauschers.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 mit einer Motor-Generator-Einheit 4, die eine Brennkraftmaschine 6 und einen abtriebsseitig mit der Brennkraftmaschine 6 gekoppelten Generator 8 zur Erzeugung von Wechselspannung mit einer oder mehreren Phasen umfasst. Der Generator 8 liefert seine Wechselspannung an einen Zwischenkreis 10, der wiederum mit einem Pufferakkumulator 12 sowie einem öffentlichen Stromnetz 20 verbunden ist. Dieser Zwischenkreis umfasst einen Wechselrichter, der die vom Generator 8 bzw. vom Zwischenkreis gelieferten Spannungen bzw. Ströme und Frequenzen in netzkonforme Größen zur Einspeisung umwandelt. Ist kein öffentliches Netz vorhanden bzw. soll hiermit keine Verbindung hergestellt werden, kann die Netzfrequenz über einen quarzgesteuerten Oszillator nachgebildet und über eine geeignete elektronische Schaltung eine netzähnliche Ausgangsspannung zur Verfügung gestellt werden. Die Ausgangsströme richten sich nach den angeschlossenen Verbrauchern und dürfen die maximale Leistung der Leistungselektronik nicht überschreiten. Diese Konstellation entspricht einem sog. Netzersatz- bzw. einem sog. Inselbetrieb.
In einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine 6 ist ein Abgaswärmetauscher 14 zur Wärmegewinnung vorgesehen. Wie anhand der folgenden Figuren verdeutlicht wird, besteht der Abgaswärmetauscher 14 vorzugsweise aus mehreren Wärmetauschern, die in Serie hintereinander geschaltet sind und die vorzugsweise für eine Abkühlung der Abgase auf Temperaturen unterhalb von 100 °C und damit unter den Taupunkt von Wasser sorgen. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerk ein sehr hoher Gesamtwirkungsgrad erzielt werden, da fast die gesamte im Brennstoff enthaltene Energie umgesetzt und genutzt werden kann.
Die Brennkraftmaschine 6 wird mit flüssigem Kraftstoff aus einem Tank 16 versorgt, der von einer Kraftstoffpumpe 18 gefördert wird. Als Brennkraftmaschine 6 kommt vorzugsweise eine selbstzündende (Diesel-)Brennkraftmaschine in Frage, die mit einem Viertakt-Verbrennungsverfahren betrieben wird. Ggf. kann die Umweltverträglichkeit der Brennkraftmaschine 6 noch weiter dadurch verbessert werden, dass – wie anhand von 3 illustriert und erläutert – der Schmierstoff permanent als Kraftstoff verbrannt wird. Es fallen damit keine herkömmlichen Ölwechsel mehr an, womit auch kein verbrauchter Schmierstoff entsorgt werden muss. Die Brennkraftmaschine 6 kann je nach Auslegung und Dimensionierung des Blockheizkraftwerks 2 eine oder mehrere Zylindereinheiten aufweisen. Als typische Bauform kommt bspw. ein Dreizylindermotor mit Hubräumen von je ca. 0,4 Itr. in Frage, die eine mechanische Wellenleistung von ca. 10 bis 12 kW liefern kann.
2 zeigt das erfindungsgemäße Blockheizkraftwerk 2 in detaillierterer Darstellung. Die Brennkraftmaschine 6 ist abtriebsseitig mit dem Generator 8 gekoppelt, der vorzugsweise ein Startergenerator ist. Dieser liefert im Betrieb der Brennkraftmaschine elektrischen Strom und arbeitet zum Starten der Brennkraftmaschine als elektrische Maschine, die über eine geeignete Leistungselektronik vom Akku 12 gespeist wird. Der Zwischenkreis 10 arbeitet als Gleichrichter zum Laden des Akkumulators 12 bzw. als Spannungsumsetzer zur Speisung eines öffentlichen Stromnetzes 20. Im Betrieb des Startergenerators 8 als elektrische Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine arbeitet der Zwischenkreis 10 als Wechselrichter zur Erzeugung von Wechselstrom aus der Gleichspannung des Akkumulators 12.
Im Abgaskanal 62 der Brennkraftmaschine 6 ist ein erster Wärmetauscher 141 sowie ein dem ersten Wärmetauscher 141 nachgeschalteter zweiter Wärmetauscher 142 angeordnet. Dem zweiten Wärmetauscher 142 ist eine optionale Abgasturbine 22 nachgeschaltet, die ggf. auch entfallen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liefert die Abgasturbine 22 eine Antriebskraft zum Betrieb eines Zusatzgenerators 24, der eine Wechselspannung liefert und vorzugsweise ebenfalls mit dem Zwischenkreis 10 gekoppelt ist. Die Abgasturbine mit dem damit gekoppelten Zusatzgenerator 24 dient zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Blockheizkraftwerks 2.
Gegebenenfalls kann der Abgasturbine ein Schalldämpfer 26 nachgeschaltet sein. Das Abgas 28 nach dem Schalldämpfer 26 wird vorzugsweise ins Freie geleitet. Die Schallemissionen aus dem Auspuff sind nach Durchlaufen der beiden Wärmetauscher 141, 142 sowie der Turbine 22 und ggf. des Schalldämpfers 26 sehr gering und gleichmäßig. Eine störende Pulsation der austretenden Schallwellen ist nahezu eliminiert.
Im Abgaskanal 62 der Brennkraftmaschine 6 kann weiterhin eine Abgasreinigungsanlage vorgesehen sein, bspw. in Form eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters o. dgl. Diese optionale Abgasreinigungsanlage befindet sich vorzugsweise an der Stelle des Abgastraktes mit den höchsten Temperaturen, also vor den Abgaswärmetauschern 14 bzw. 141, 142.
Vorzugsweise ist das Blockheizkraftwerk 2 mit einer Wärme dämmenden und/oder einer Schall dämpfenden Kapselung versehen, so dass nahezu die gesamte Abwärme der Ag gregate für Heizzwecke genutzt werden kann. Die Schalldämmung ermöglicht einen Betrieb innerhalb eines Hauses, bspw. in einem Kellerraum.
Die Kraft-Wärme-Kopplung des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 wird durch zusätzliche Nutzung der Motorabwärme erreicht. Ein größerer Teil der Abwärme besteht in den heißen Abgasen, die die Brennkraftmaschine mit einer Temperatur von ungefähr 300 bis 800 °C verlassen und die nach Durchlaufen der beiden Wärmetauscher auf Temperaturen zwischen 50 und 80°C abgekühlt sind. Ein weiterer Anteil der Verlustwärme des Motors und Generators wird mittels Motor-Kühlmantel 61 und Generator-Kühlmantel 81 zur weiteren Wärmegewinnung genutzt.
Eine Umwälzpumpe 34 ist über einen Kühlmittel-Zulauf 341 mit dem Generator-Kühlmantel 81 verbunden und sorgt für eine Umwälzung des Kühlwassers zwischen Generator 8, Brennkraftmaschine 6, zweitem Wärmetauscher 142, erstem Wärmetauscher 141 und Wärmespeicher 30. Das Kühlwasser strömt vom Generator-Kühlmantel 81 über eine Verbindungsleitung 342 zum Motorkühlmantel 61, von dort über eine Verbindungsleitung 343 zum zweiten Wärmetauscher 142 und über eine weitere Verbindungsleitung 344 zum ersten Wärmetauscher 141. Von dort führt eine weitere Verbindungsleitung 345 zu einem Zulauf 305 des Wärmespeichers 30.
Der Wärmespeicher 30 ist als Flüssigkeitsspeicher in Gestalt eines Wasserspeichers ausgebildet und ist vorzugsweise zusätzlich gegen Wärmeverluste nach außen isoliert. Im Wärmespeicher 30 kann erwärmtes Kühlmedium über eine längere Zeit auf gleichbleibender Temperatur gehalten werden. Ein Ablauf 306 befindet sich in einem unteren Bereich des Wärmespeichers 30 und führt über eine Verbindungsleitung zum Pumpenzulauf 346, der wieder in der Umwälzpumpe mündet und von dort wiederum im Kreis gepumpt wird. Der Zulauf 305 zum Wärmespeicher 30 befindet sich in einem oberen Bereich, so dass eine Schichtung des Wassers im Wärmespeicher 30 mit von oben nach unten abnehmender Temperatur erreicht werden kann.
Im Wärmespeicher 30 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel wenigstens ein Brauchwasser-Wärmetauscher 303 sowie ein Heizungs-Wärmetauscher 304 angeordnet, über die dem Wärmespeicher 30 zugeführtes kaltes Wasser erwärmt werden kann. Alternativ kann der Wärmetauscher für die Bereitstellung von Warmwasser auch außerhalb des Wärmespeichers 30 angeordnet sein. Diese sog. Frischwasserstation kann über eine Verbindungsleitung mit dem Wärmespeicher 30 verbunden sein. Zusätzlich kann im Wärme speicher 30 ein sogenanntes Heizschwert vorgesehen sein, das für eine Erwärmung des Kühlmediums bei Ausfall der Brennkraftmaschine 6 oder bei einem erhöhten Wärmebedarf durch große Mengen entnommenen Brauchwassers sorgen kann. Weiterhin kann in einem unteren Bereich des Wärmespeichers 30 ein zusätzlicher Wärmetauscher vorgesehen sein, über den eine von einer Kollektoranlage gelieferte Wärmemenge zusätzlich in den Wärmespeicher eingebracht werden kann. Grundsätzlich ist die Wärmeabnahme aus dem Speicher 30 sowohl für eine Warmwasserbereitung als auch für eine Heizung gedacht, wobei eine genaue Bestimmung bzw. Verteilung dem Kunden überlassen ist.
Im Blockheizkraftwerk 2 sind vorzugsweise drei Temperatursensoren vorgesehen. Ein erster Temperatursensor 63 erfasst die Temperatur im Motorkühlmantel 61. Ein zweiter Temperatursensor 301 erfasst die Temperatur in einem oberen Bereich des Wärmespeichers 30. Ein dritter Temperatursensor 302 erfasst die Temperatur in einem unteren Bereich des Wärmespeichers 30. Die Temperatursensoren 63, 301, 302 liefern ihre Werte an eine Steuereinheit 32, die für eine Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 34 sowie für eine Steuerung des Startens und Abstellens des Blockheizkraftwerks 2 sorgen kann. Ggf. können die Sensoren 301 und 302 entfallen und von einer externen Steuereinheit ersetzt werden. In diesem Fall wird die Brennkraftmaschine über einen Freigabekontakt gesteuert.
Zur Überwachung einer Abgastemperatur kann ein weiterer Temperatursensor im Abgaskanal angeordnet sein, der bspw. einen Brennwertbetrieb ermöglichen kann. In diesem Fall darf die Abgastemperatur am Auslass nicht höher als bei ca. 60 bis 70 °C liegen, so dass auch Abgasleitungen aus Kunststoff verwendet werden können.
Beim Starten der Brennkraftmaschine 6 wird vorzugsweise die Umwälzpumpe 34 eingeschaltet, bevor die Brennkraftmaschine 6 gestartet wird. Erst wenn der erste Temperatursensor 63 eine vorgegebene Temperatur des im Motorkühlmantel 61 befindlichen Kühlwassers meldet, wird die Brennkraftmaschine 6 über den Startergenerator 8 gestartet. Auf diese Weise kann ein Kaltstart der Brennkraftmaschine 6 vermieden werden, da zumindest das Kühlwasser auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird. Die Brennkraftmaschine 6 erreicht dadurch wesentlich schneller ihre Betriebstemperatur. Wird die vorgegebene Temperatur nicht erreicht, erfolgt vorzugsweise ein Start nach Ablauf einer voreingestellten Zeit, die beispielsweise 5 Minuten betragen kann. Eine solche vorgegebene Temperatur kann bspw. bei ca. 60 bis 70 °C liegen. Nach dem Abstellen des Blockheizkraftwerks 2 durch Stopp der Brennkraftmaschine 6 läuft vorzugsweise die Umwälzpumpe 34 weiter, bis die Temperatur im unteren Bereich des Wärmespeichers 30 einen bestimmten Wert unterschreitet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 kann dadurch realisiert sein, dass die Umwälzpumpe 34 in ihrer Förderrichtung umgeschaltet werden kann. Vorzugsweise kann mit einer solchen umschaltbaren Umwälzpumpe 34 in der Phase vor dem Start der Brennkraftmaschine 6 deren Motor-Kühlmantel 61 mit noch relativ heißem Wasser aus den Wärmetauschern 141 und 142 gespült werden. Das Wasser hierfür wird aus einem oberen Bereich des Wärmespeichers 30 entnommen, wo es ein deutlich höheres Temperaturniveau aufweist als bei der Entnahme über den Ablauf 306 aus dem unteren Bereich des Wärmespeichers 30. Sobald das im Motor-Kühlmantel 61 umgewälzte Wasser die gewünschte Temperatur erreicht hat und die Brennkraftmaschine 6 angelaufen ist, kann die Förderrichtung der Umwälzpumpe 34 wieder in die herkömmliche Richtung umgeschaltet werden, wodurch der normale Betrieb aufgenommen wird. Die Förderrichtungsumkehr der Umwälzpumpe 34 kann wahlweise durch eine Drehrichtungsumkehr der Pumpe selbst oder durch eine Verschaltung mit wenigstens zwei Umschaltventilen erfolgen, die während der Startphase aus einer ersten Betriebsstellung in eine zweite Startstellung geschaltet werden und dafür sorgen, dass die Umwälzpumpe 34 das Wasser aus der Brennkraftmaschine 6 in Richtung des Ablaufs 306 des Wärmespeichers 30 fördert.
Anhand der 3 wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 6 des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks 2 erläutert. Diese Brennkraftmaschine 6 ist als Viertakt-Diesel-Brennkraftmaschine ausgestaltet, die ihr eigenes Schmieröl als Kraftstoff verbrennt und dadurch jegliche Art von Ölwechseln überflüssig macht. Die Wartungsintervalle können dadurch drastisch verlängert werden, was insbesondere beim vorgesehenen Einsatz als Motorantrieb eines Blockheizkraftwerks deutliche Vorteile und Kosteneinsparungen mit sich bringt. Es soll an dieser Stelle jedoch betont werden, dass es sich hierbei lediglich um ein mögliches Ausführungsbeispiel handelt, das nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen ist. Es kann als Motorantrieb auch eine herkömmliche Brennkraftmaschine verwendet werden, die mit Mineralöl betrieben wird und einen von der Kraftstoffversorgung völlig getrennten Schmierölkreislauf aufweist, dessen Schmieröl zyklisch ausgetauscht und entsorgt werden muss.
Die Brennkraftmaschine 6 weist bei allen im Folgenden beschriebenen Varianten wenigstens einen Brennraum 65 mit einem darin oszillierenden Hubkolben 64 auf, der die Verbrennungskraft über ein Pleuel 66 auf eine Kurbelwelle 68 überträgt. Die Kurbelwelle 68 ist in einem Kurbelgehäuse 69 der Brennkraftmaschine 6 gelagert. Zumindest der Zylinder 67 und der Zylinderkopf 671, ggf. auch Teile des Kurbelgehäuses, weisen einen Motor-Kühlmantel (nicht dargestellt) mit darin zirkulierendem Kühlwasser auf.
An einer Unterseite des Kurbelgehäuses 69 ist eine Ölwanne 691 vorgesehen, der in der in 3 dargestellten Variante als sogenannter Nasssumpf zum Sammeln des in der Brennkraftmaschine 6 zirkulierenden Kraft- und Schmierstoffes 46 vorgesehen ist. Aus dem Kraftstofftank 16 wird mittels einer ersten Förderpumpe 181 Kraft- und Schmierstoff 46 zu einem Versorgungsanschluss des Zylinderkopfs 671 gefördert. Vorzugsweise befindet sich der Zulauf an einer relativ hohen Stelle der Brennkraftmaschine 6, von wo aus er mittels Schwerkraft nach unten in Richtung zur Ölwanne 691 abfließen kann. Dabei werden alle relevanten Schmierstellen der Brennkraftmaschine 6 mit Schmierstoff versorgt. Die Förderung muss jedoch nicht unbedingt, wie in 3 gezeigt, in den Zylinderkopf 671 gefördert werden, sondern kann wahlweise oder gleichzeitig in einen im Zylinderkopf 671 oder an anderer Stelle des Kurbelgehäuses 69 angeordneten Ölanschlussstutzen 673 gefördert werden. So befindet sich bspw. bei einem horizontal liegend angeordneten Brennraum 65 der Zylinderkopf 671 nicht an der höchsten Stelle der Brennkraftmaschine 6, so dass es in einem solchen Fall sinnvoll ist, den Ölanschlussstutzen 673 an anderer Stelle am Kurbelgehäuse 69 anzubringen, von wo aus das Schmieröl zu den tiefer liegenden Schmierstellen ablaufen kann.
Um zu verhindern, dass zuviel Kraft- und Schmierstoff 46 in den Zylinderkopf 671 gefördert wird, ist zwischen erster Förderpumpe 181 und Zylinderkopf 671 eine Durchflussbegrenzung 42 in Form bspw. einer Drossel o. dgl. vorgesehen. Die Auslegung dieser Durchflussbegrenzung 42 erfolgt vorzugsweise anhand von Versuchen und ist individuell an die jeweilige Brennkraftmaschine 6 und deren typische Betriebsbedingungen angepasst.
Bei der Variante gemäß 3 wird der Kraft- und Schmierstoff 46 aus der Ölwanne 691 über einen ersten Sauganschluss 441 und eine Versorgungsleitung 442 mittels einer zweiten Förderpumpe 182 zu einem Einspritzventil 672 gefördert. Zwischen zweiter Förderpumpe 182 und Kraftstoffzumessvorrichtung (Kraftstoffeinspritzventil 672) ist vorzugsweise eine Einspritzpumpe 184 zur Erzeugung des für die Kraftstoffeinspritzung erforderlichen hohen Druckes vorgesehen.
Zwischen zweiter Förderpumpe 182 und Einspritzventil 672 kann weiterhin eine Vorwärmeinrichtung 36 zur Vorwärmung des Kraft- und Schmierstoffes 46 vor der Zumessung zum Einspritzventil 672 vorgesehen sein. Diese Vorwärmeinrichtung 36 kann bspw. elektrisch oder mittels eines Wärmetauschers über eine Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 6 betrieben werden.
In die Ölwanne 691 mündet weiterhin ein zweiter Sauganschluss 444, der mit einer dritten Förderpumpe 183 verbunden ist. Diese fördert überschüssigen Kraft- und Schmierstoff 46 aus der Ölwanne 691 über eine erste Rücklaufleitung 445 in den Tank 16 zurück. Die Höhe des zweiten Sauganschlusses 444 der ersten Rücklaufleitung 445 in der Ölwanne 691 des Motors definiert das darin befindliche Schmierstoffniveau. Aufgrund des sehr tief angeordneten ersten Sauganschlusses 441 zur Versorgung der Kraftstoffeinspritzventile 672 besteht auch bei relativ tiefem Schmierstoffniveau im Ölsumpf nicht die Gefahr, dass die zweite Förderpumpe 182 Luft ansaugt.
Bei dieser Variante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 6 ist bei Verwendung von nativen Ölen als Kraft- und Schmierstoff 46 darauf zu achten, dass das Tankvolumen 16 in ausreichend kurzer Zeit verbraucht und durch frischen Betriebsstoff ersetzt wird, da derartige Naturkraftstoffe wie bspw. Rapsöl oder Sonnenblumenöl o. dgl. nur eine begrenzte Lagerfähigkeit haben. Unter Zufuhr von Luftsauerstoff und bei höheren Temperaturen beginnen diese Öle zu oxidieren und verlieren dadurch insbesondere einen Teil ihrer positiven Schmiereigenschaften. Durch die Rückführung von überschüssigem Kraft- und Schmierstoff 46 mittels der dritten Förderpumpe 183 wird stark erwärmtes Öl in den Tank 16 zurück geführt und erhöht dadurch die Temperatur des gesamten darin gespeicherten Öls. Dies kann sich nach einigen Erwärmungszyklen negativ auf dessen Lagerfähigkeit auswirken. Diese Nachteile werden durch eine alternative Variante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 6 berücksichtigt und vermieden.
In der Versorgungsleitung 442 und vor der zweiten Förderpumpe 182 ist vorzugsweise ein Filter 38 eingebaut, der für eine Reinigung des Kraft- und Schmierstoffes 46 sorgt. Ein Entlüfter 40 ist zwischen zweiter Förderpumpe 182 und Einspritzpumpe 184 eingebaut. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die im Kraft- und Schmierstoff 46 gelösten Luftbläschen für eine Beeinträchtigung der Kraftstoffversorgung führen können. Durch den Entlüfter 40 wird weiterhin vermieden, dass die Einspritzpumpe 184 bei zuviel angesaugter Luft einem Schmierfilmabriss unterliegt und dadurch Schaden nehmen kann. Eine zweite Rücklaufleitung 447 führt vor die Durchflussbegrenzung 42, so dass der mit Luft versetzte Kraftstoff wieder dem Motor zugeführt wird.
Nicht dargestellt ist eine alternative Variante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 6, die mit einer sog. Trockensumpfschmierung versehen ist. In diesem Fall wird der im Schmierölsammelbehälter 691 befindliche Kraft- und Schmierstoff 46 permanent abgesaugt und über den Sauganschluss 444 mittels einer weiteren Förderpumpe in einen Trockensumpfbehälter (nicht dargestellt) gefördert, in den an relativ tiefer Stelle der erste Sauganschluss 441 der Versorgungsleitung 442 mündet, die mit der zweiten Förderpumpe 182 in Verbindung steht. Der Sauganschluss 444 befindet sich bei dieser alternativen Variante an deutlich tieferer Stelle im Schmierölsammelbehälter als bei der in 3 gezeigten Variante.
In den Trockensumpfbehälter mündet ein Niveauanschluss, der mit der dritten Förderpumpe 183 und der ersten Rücklaufleitung 445 in Verbindung steht und für die Rückförderung von überschüssigem Kraft- und Schmierstoff 46 aus dem Trockensumpfbehälter in den Tank 16 zurück sorgt.
Ebenfalls nicht dargestellt ist eine weitere alternative Variante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 6, bei der zwischen Tank 16 und erster Förderpumpe 181 ein Zwischentank angeordnet ist, in den die erste Rücklaufleitung 445 mündet. Der Kraft- und Schmierstoff 46 wird mittels einer fünften Förderpumpe aus dem Tank 16 in den Zwischentank gefördert. Die fünfte Förderpumpe weist vorzugsweise eine niveaugeregelte Einschaltsteuerung auf und fördert nur dann, wenn das Niveau im Zwischentank unter einen bestimmten vorgegebenen Wert gefallen ist und schaltet wieder ab, wenn ein vorgegebenes Maximalniveau erreicht ist.
Der Zwischentank kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine typische Größe von ca. 5 bis 10 Itr. aufweisen und sorgt auf diese Weise dafür, dass der über die erste Rücklaufleitung 445 in den Zwischentank zurück geförderte Kraft- und Schmierstoff 46 nicht das gesamte im Tank 16 befindliche Volumen, sondern nur die relativ geringe Menge im Zwischentank erwärmen kann. Diese Menge wird jedoch sehr schnell in der Brennkraftmaschine 6 verbrannt und wird durch die Erwärmung nicht signifikant in seinen Schmier- und Lagereigenschaften beeinträchtigt. Ein weiterer Vorteil dieser Variante liegt darin, dass der Tank 16 in größerer Entfernung von der Brennkraftmaschine 6 untergebracht werden kann, bspw. an einer kühlen und trockenen Stelle, bspw. als Erdtank o. dgl.
Als Kraft- und Schmierstoff 46 eignet sich insbesondere Pflanzenöl, bspw. Rapsöl oder Sonnenblumenöl oder auch jede andere Art von pflanzlichen Ölen oder verflüssigten pflanzlichen Fetten. Als Kraft- und Schmierstoff 46 eignet sich jedoch in gleicher Weise jedes Mineralöl bzw. ein entsprechendes Gemisch aus Mineralöl und pflanzlichen Ölen, dass ggf. weiterhin mit Additiven versehen sein kann.
Die Brennkraftmaschine 6 ist vorzugsweise eine Viertakt- Brennkraftmaschine, die über eine Fremdzündung verfügen kann oder die mit einem selbstzündenden Arbeitsverfahren (Dieselverfahren) betrieben werden kann. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 6 jedoch eine Viertakt-Dieselbrennkraftmaschine, da diese sich hervorragend zur Verbrennung von pflanzlichen Ölen eignet. Die erwähnten pflanzlichen Öle verfügen auch über die notwendigen Schmiereigenschaften, so dass der Kraft- und Schmierstoff 46 aus dem Schmierölhaushalt der Brennkraftmaschine 6 zur Brennstoffversorgung dienen kann. Auf diese Weise entfällt jegliche Art von bekannten Ölwechseln, da der Schmierstoff zyklisch ausgetauscht und verbrannt wird.
Der im Tank 16 befindliche Kraft- und Schmierstoff 46 weist vorzugsweise eine Temperatur von weniger als 20 °C auf und kann dadurch über mehrere Monate hinweg problemlos gelagert werden. Nach der Förderung in den Ölanschlussstutzen 673 und/oder in den Zylinderkopf 671 der Brennkraftmaschine 6 wird der Kraft- und Schmierstoff 46 beim Durchlaufen der Schmierstellen erhitzt und kann in der Ölwanne 691 eine Temperatur von bis zu 100 °C oder mehr aufweisen. Durch die Zuführung zum relativ heißen Zylinderkopf 671 wird der Kraft- und Schmierstoff 46 relativ schnell auf die für eine ausreichende Schmierung notwendige Betriebstemperatur gebracht, so dass die Brennkraftmaschine 6 jederzeit eine optimale Schmierung erhält. Der Ölsumpf in der Ölwanne 691 bzw. im Trockensumpfbehälter ist gegenüber dem Zylinderkopf 671 deutlich kühler, so dass der daraus angesaugte und über die Einspritzpumpe 184 zum Einspritzventil 672 geförderte Kraft- und Schmierstoff 46 eine nicht zu hohe Temperatur aufweist. Ggf. kann in einer Startphase mittels der Vorwärmeinrichtung 36 der Kraft- und Schmierstoff 46 auf die für eine gute Verteilung im Einspritzventil 672 notwendige Betriebstemperatur gebracht werden.
Die Brennkraftmaschine 6 kann einen oder mehrere Zylinder aufweisen, die dann jeweils wie in der 3 gezeigt aufgebaut sind. Mehrere Zylinder treiben vorzugsweise eine gemeinsame Kurbelwelle an, in diesem Fall spricht man von einer Reihenmaschine. Es ist aber auch jede andere denkbare Zylinderanordnung möglich und von der Erfindung mitumfasst.
Die Brennkraftmaschine 6 ist sowohl für einen mobilen Einsatz als auch für einen stationären Einsatz geeignet. Als stationärer Motor kann sie bspw. einen Generator eines Blockheizkraftwerkes betreiben, wobei ihre Motor- und Abgaswärme gleichzeitig zur Erwärmung eines Speichermediums genutzt werden kann. Die Brennkraftmaschine 6 läuft in diesem Fall in einer sog. Kraft-Wärme-Koppelung.
Die 4 bis 6 zeigen verschiedene Ansichten und Schnittdarstellungen des ersten Wärmetauschers 141, der zur Erwärmung des Kühlmediums mittels der von der Brennkraftmaschine gelieferten Abgastemperaturen dient. Der erste Wärmetauscher 141 ist als zylindrischer Behälter ausgeführt, der eine obere Kammer 1415 sowie untere Kammer 1416 und dazwischen angeordnete Rohrbündel aufweist. In der oberen Kammer 1415 ist ein Abgaseinlass 1411, in der unteren Kammer 1416 ist ein Abgasauslass 1412 vorgesehen. Die obere Kammer 1415 ist mit der unteren Kammer 1416 über eine Vielzahl von Abgasrohren 1418 verbunden und gegen einen Wassertank 1419 um die Abgasrohre 1418 abgedichtet. An der tiefsten Stelle der unteren Kammer 1416 ist ein zentraler Kondensatablass 143 erkennbar, der normalerweise geschlossen ist und nur bei Bedarf geöffnet werden kann.
5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V der 4 und verdeutlicht den Aufbau des ersten Wärmetauschers 141. Der Wassertank 1419 wird gespeist von einem Wasserzulauf 1413 in einem unteren Bereich und von einem Wasserablauf 1414 in einem oberen Bereich der zylindrischen Mantelfläche des ersten Wärmetauschers 141.
6 verdeutlicht einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der 4 und zeigt die Anordnung der Abgasrohre 1418, die isoliert voneinander stehen und von Kühlmedium (vorzugsweise Wasser) umspült werden.
Die 7 bis 11 zeigen verschiedene Ansichten und Schnitte des zweiten Wärmetauschers 142, der dem ersten Wärmetauscher 141 abgasseitig nachgeschaltet ist. Ein Abgaseinlass 1422 ist vorzugsweise auf kurze Distanz mit dem Abgasauslass 1412 des ersten Wärmetauschers 141 verbunden. Ein Abgasauslass 1421 des zweiten Wärmetauschers 142 kann entweder mit einer Abgasturbine (vgl. 2), einem Schalldämpfer oder einem Auspuffauslass verbunden sein. Wie die Schnittdarstellung der 9 (Schnittlinie IX-IX der 7) verdeutlicht, ist innerhalb eines Behälters 1427 eine Kühlschlange in Gestalt von Rohrabschnitten 1425 angeordnet, die jeweils an ihren Enden mit Rohrkrümmern 1426 versehen sind. Auf diese Weise wird zwischen Abgaseinlass 1422 und Abgasauslass 1421 eine Schlange bzw. mehrere parallele Schlangen mit einer Rohrlänge von mehreren Metern gebildet. Ein Wasserzulauf 1423 ist in einem unteren Bereich des Behälters 1427 angeordnet. Ein Wasserablauf 1424 ist in einem oberen Bereich des Behälters 1427 angeordnet.
Der Wasserzulauf 1423 ist vorzugsweise über kurze Distanz mit dem Wasserablauf der Brennkraftmaschine 6 verbunden (Verbindungsleitung 343, vgl. 2). Der Wasserablauf 1424 des zweiten Wärmetauschers 142 ist vorzugsweise über kurze Distanz mit dem Wasserzulauf 1413 des ersten Wärmetauschers 141 verbunden (Verbindungsleitung 344, vgl. 2). Dessen Wasserablauf 1414 führt vorzugsweise auf direktem Weg zum Zulauf 305 des Wärmespeichers 30 (Verbindungsleitung 345, vgl. 2).
Die Schnittdarstellung der 11 (Schnittlinie XI-XI der 7) verdeutlicht nochmals die Anordnung der Rohrabschnitte und Rohrkrümmer zu einer Rohrschlange oder mehreren parallel geschalteten Rohrschlangen.
Zusätzlich zur beschriebenen Ausgestaltung des Blockheizkraftwerks in Kraft-Wärme-Kopplung zur Versorgung eines Haushalts oder einer Betriebseinheit mit elektrischer Energie und mit Wärmeenergie kann das erfindungsgemäße Blockheizkraftwerk 2 auch in einem sogenannten Inselbetrieb zur autarken Versorgung einer Betriebseinheit, eines Haushalts oder beispielsweise eines abgelegenen Hofes mit elektrischer Energie und mit Wärmeenergie dienen. Hierzu sind beim Betrieb des Blockheizkraftwerks andere Prioritäten zu wählen. So hat beispielsweise die Versorgung der Betriebseinheit mit elektrischer Energie Vorrang vor geringem Energieverbrauch, so dass beim Abfallen der Akkumulatorspannung unter einem bestimmten Wert für ein Starten der Brennkraftmaschine zu sorgen ist. Wird ein bestimmter Spannungswert des Akkumulators dagegen überschritten, so wird üblicherweise die Brennkraftmaschine wieder abgestellt. Die Wärmeversorgung im Wärmespeicher ist gleichrangig mit der Versorgung mit elektrischer Energie, so dass das Unterschreiten der Akkuspannung oder der Speichertemperatur das Einschaltkriterium darstellt.
Das erfindungsgemäße Blockheizkraftwerk eignet sich wahlweise auch als Notstromaggregat. Hierbei sind einige Kriterien zu erfüllen, insbesondere eine Einrichtung, die einen Spannungseinbruch beim Ausfall eines öffentlichen Stromnetzes weitgehend verhindert. Mittels der Auswertung der Signale eines entsprechend empfindlichen Spannungssensors kann mit geringer Zeitverzögerung der Pufferakkumulator 12 zugeschaltet werden, dessen Gleichspannung über den Zwischenkreis auf Wechselspannung transformiert wird. Die Brennkraftmaschine 6 kann mittels des Starter-Generators 8 in sehr kurzer Zeit gestartet werden. Wahlweise kann der Pufferakkumulator 12 so groß ausgelegt sein, dass ein Vorwärmen der Brennkraftmaschine durch Betrieb der Umwälzpumpe 34 vor dem Starten ermöglicht ist. Ist der Pufferakkumulator 12 nicht ausreichend dimensioniert, so kann die Brennkraftmaschine 6 im Notstrombetrieb ausnahmsweise „kalt" gestartet werden. Der Starter-Generator 8 begünstigt in diesem Fall eine sehr kurze Startzeit.
Als Brennkraftmaschine kommt für ein derartiges Kleinkraftwerk ein Ein- oder Mehrzylindermotor mit einem typischen Hubvolumen von ca. 0,4 dm³ in Frage. Eine solche Einheit kann eine Generatorleistung von ca. 10 kW und eine Wärmeenergie in gleicher Größenordnung (ebenfalls ca. 10 kW) liefern. Soll eine größere Betriebseinheit mit Energie versorgt werden, kann das Hubvolumen und damit die Leistung der Brennkraftmaschine entsprechend größer ausgelegt sein. In diesem Fall sind auch größere und leistungsfähigere Abgaswärmetauscher sowie ein größerer Wärmespeicher notwendig. Ein größeres Hubvolumen wird sinnvollerweise auf mehrere Zylindereinheiten aufgeteilt, so dass wahlweise ein Zweizylinder-Motor oder ein solcher mit mehreren Zylindern zum Einsatz kommen kann. Die Drehachsen der Kurbelwellen dieser Zylindereinheiten fluchten vorzugsweise axial miteinander und sind miteinander gekoppelt.
Die Eignung des erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerks für einen Betrieb mit flüssigen Kraftstoffen aller Art ermöglicht insbesondere eine dezentrale Versorgung mit kaltgepressten pflanzlichen Ölen, bspw. Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl o. dgl. Es kann vorzugsweise derjenige Kraftstoff verwendet werden, der in unmittelbarer Umgebung am besten und/oder zu günstigsten Konditionen verfügbar ist. Die elektronisch gesteuerte Kraftstoffzufuhr ermöglicht die individuelle Anpassung der Einspritzparameter an den Energieinhalt und an das Brennverhalten der jeweils verwendeten Kraftstoffsorte.

2: Blockheizkraftwerk
4: Motor-Generator-Einheit
6: Brennkraftmaschine
61: Motor-Kühlmantel
62: Abgaskanal
63: erster Temperatursensor
64: Hubkolben
65: Brennraum
66: Pleuel
67: Zylinder
671: Zylinderkopf
672: Kraftstoffeinspritzventil
673: Ölanschlussstutzen 673
68: Kurbelwelle
69: Gehäuse / Kurbelgehäuse (Brennkraftmaschine)
691: Ölwanne
8: Generator / Starter-Generator
81: Generator-Kühlmantel
10: Zwischenkreis
12: Akkumulator
14: Abgaswärmetauscher
141: erster Wärmetauscher
1411: Abgaseinlass
1412: Abgasauslass
1413: Wasserzulauf
1414: Wasserablauf
1415: obere Kammer
1416: untere Kammer
1417: Mantel
1418: Abgasrohr
1419: Wassertank
142: zweiter Wärmetauscher
1421: Abgasauslass
1422: Abgaseinlass
1423: Wasserzulauf
1424: Wasserablauf
1425: Rohrabschnitt
1426: Rohrkrümmer
1427: Behälter
1428: Deckel
1429: Boden
143: Kondensatablass
16: Kraftstofftank18
18: Förderpumpe
181: erste Förderpumpe
182: zweite Förderpumpe
183: dritte Förderpumpe
184: Einspritzpumpe
20: öffentliches Stromnetz
22: Abgasturbine
24: Zusatzgenerator
26: Schalldämpfer
28: Abgas
30: Wärmespeicher
301: zweiter Temperatursensor
302: dritter Temperatursensor
303: Brauchwasser-Wärmetauscher
304: Heizungs-Wärmetauscher
305: Zulauf
306: Ablauf
32: Steuereinheit
34: Umwälzpumpe
341: Kühlmittelzulauf
342: Verbindungsleitung
343: Verbindungsleitung
344: Verbindungsleitung
345: Verbindungsleitung
346: Pumpenzulauf
36: Vorwärmeinrichtung
38: Filter
40: Entlüfter
42: Durchflussbegrenzung
44: Ölleitungen
441: erster Sauganschluss
442: Versorgungsleitung
443: Einspritzleitung
444: zweiter Sauganschluss
445: erste Rücklaufleitung
446: Förderanschluss
447: zweite Rücklaufleitung
46: Kraft- und Schmierstoff

Claims

Blockheizkraftwerk mit Kraft-Wärme-Koppelung, mit einer Motor-Generator-Einheit als Stromerzeugungsaggregat, welche eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine und einen von dieser direkt angetriebenen Generator umfasst, und mit wenigstens einem in einem Abgaskanal (62) der Brennkraftmaschine (6) angeordneten Abgaswärmetauscher (14), der primärseitig mit einem Wärmespeicher (30) gekoppelt ist, und der sekundärseitig Wärmeenergie für Heizzwecke o. dgl. und/oder Warmwasser für ein Gebäude, eine Betriebs- bzw. Wirtschaftseinheit o. dgl. zur Verfügung stellt, gekennzeichnet durch eine Brennkraftmaschine (6) mit Selbstzündung, die nach dem Viertakt-Verbrennungsverfahren arbeitet.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Förderung von Kraft- und Schmierstoff (46) aus einem Tank (16) in einen Schmierstoffkreislauf und mit einer Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes (46) aus dem Schmierstoffkreislauf über eine Kraftstoffzumessvorrichtung unter Herstellung eines brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches in wenigstens einen Brennraum (65) der Brennkraftmaschine (6), wobei die Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes (46) in den Schmierstoffkreislauf mit einem Ölanschlussstutzen (673) und/oder mit einem Zylinderkopf (671) der Brennkraftmaschine (6) gekoppelt ist und dass die Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes (46) zur Kraftstoffzumessvorrichtung (672) mit einem Schmierstoffsammelbehälter bzw. einem Trockensumpfbehälter der Brennkraftmaschine (6) gekoppelt ist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffsammelbehälter ein Sammelbehälter einer Nasssumpfschmierung oder einer Trockensumpfschmierung der Brennkraftmaschine (6) ist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockensumpfbehälter über eine Förderpumpe mit dem Schmierstoffsammelbehälter gekoppelt ist.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Niveauregelung des Kraft- und Schmierstoffes (46) in der Brennkraftmaschine (6).
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine niveaugeregelte Einrichtung zur Rückförderung von Kraft- und Schmierstoff (46) aus dem Schmierstoffkreislauf zurück in den Tank (16) vorgesehen ist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Rückförderung von Kraft- und Schmierstoff (46) in den Tank (16) einen Sauganschluss (441; 444) in den Schmierstoffsammelbehälter aufweist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des ersten Sauganschlusses (441) das Schmierstoffniveau im Schmierstoffsammelbehälter bzw. in der Brennkraftmaschine (6) definiert.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes (46) in den Schmierstoffkreislauf und mit dem Ölanschlussstutzen (673) und/oder dem Zylinderkopf (671) der Brennkraftmaschine (6) eine Durchflussbegrenzung (42) vorgesehen ist.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schmierstoffsammelbehälter bzw. zwischen Trockensumpfbehälter und Einrichtung zur Förderung des Kraft- und Schmierstoffes (46) zur Kraftstoffzumessvorrichtung (672) wenigstens eine steuerbare Vorwärmeinrichtung (36) vorgesehen ist.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eignung der Brennkraftmaschine (6) für pflanzenbasierte und/oder für mineralölbasierte Kraft- und Schmierstoffe (46).
Blockheizkraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eignung der Brennkraftmaschine (6) für kaltgepresste pflanzliche Öle als Kraft- und Schmierstoff (46).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eignung der Brennkraftmaschine (6) für pflanzliche Öle bzw. für verflüssigte pflanzliche Fette als Kraft- und Schmierstoff (46).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Abgaswärmetauscher (141) im Abgaskanal (62) zur Erwärmung der im Wärmespeicher (30) befindlichen Flüssigkeit.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen dem ersten Abgaswärmetauscher (141) abgasseitig nachgeschalteten zweiten Abgaswärmetauscher (142) zur weiteren Erwärmung der im Wärmespeicher (30) befindlichen Flüssigkeit.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen turbinengetriebenen ersten Zusatzgenerator (24) im Abgasstrom der Brennkraftmaschine (6).
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen turbinengetriebenen ersten Zusatzgenerator (24) im Abgasstrom hinter dem ersten oder dem zweiten Abgaswärmetauscher (141, 142).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Wärmespeicher (30) gekoppelten Kühlkreislauf der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (6).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Wärmespeicher (30) gekoppelten Kühlkreislauf des flüssigkeitsgekühlten Generators (8).
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine Förder- bzw. Umwälzpumpe (34) zur Versorgung der Kühlkreisläufe der Brennkraftmaschine (6) und/oder des Generators (8) mit erwärmter Flüssigkeit aus dem Wärmespeicher (30) in einer Startphase.
Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch einen Start der Brennkraftmaschine (6) nach Erreichen einer Mindesttemperatur im Wärmespeicher (30) und/oder nach Überschreiten einer vorgegebenen Vorwärmzeit.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Start der Brennkraftmaschine (6) bei Unterschreitung einer vorgegebenen Mindesttemperatur im Wärmespeicher (30).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine wärmedämmende Kapselung der Motor-Generator-Einheit (4) und/oder der Abgaswärmetauscher (141, 142).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine direkte Koppelung der Kurbelwelle (68) mit der Generatorwelle.
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen als Starter betreibbaren Generator (8).
Blockheizkraftwerk nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dem Generator (8) nachgeschalteten Gleichrichter bzw. Zwischenkreis (10) zum Laden eines Pufferakkumulators (12).
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 25 oder 26, gekennzeichnet durch einen zwischen Pufferakkumulator (12) und als Starter betriebenem Generator (8) geschalteten Wechselrichter (10).
Verfahren zum Betrieb eines Blockheizkraftwerks (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Spülen des Kühlflüssigkeitsmantels (61) der Brennkraftmaschine (6) und/oder des Kühlflüssigkeitsmantels (81) des Generators (8) mit erwärmter Flüssigkeit aus dem Wärmespeicher (30) durch Starten der Kühlmittelförderpumpe (34) vor dem Start der Brennkraftmaschine (6), – Starten der Brennkraftmaschine (6) nach Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur der Kühlflüssigkeit und/ oder nach Überschreiten einer vorgegebenen Vorlaufzeit, – Betrieb der Brennkraftmaschine (6) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Höchsttemperatur im Wärmespeicher (30), – Abstellen der Brennkraftmaschine (6) unter Weiterbetrieb der Kühlmittelförderpumpe (34) bis zum Erreichen einer Kühlflüssigkeitstemperatur in der Brennkraftmaschine (6), die einer oberen Speichertemperatur entspricht.
Verfahren nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Zufuhr von vorgewärmtem Kraftstoff zum Start und/oder während des Betriebs der Brennkraftmaschine (6).
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Inselbetrieb des Blockheizkraftwerks (2) ein ausreichend dimensionierter Speicherakkumulator (12) zur Speicherung von elektrischer Energie vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch einen Startbefehl der Brennkraftmaschine (6) bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung des Speicherakkumulators (12) und/oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindesttemperatur im Wärmespeicher (30).
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, gekennzeichnet durch ein Abstellen der Brennkraftmaschine (6) bei Erreichen einer vorgegebenen Maximalspannung im Speicherakkumulator (12) und/oder bei Erreichen einer vorgegebenen Solltemperatur im Wärmespeicher (30) und/oder nach einer vorgegebenen Zeitdauer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, gekennzeichnet durch einen Notstrombetrieb des Blockheizkraftwerks (2), bei dem die Brennkraftmaschine (6) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Auftreten eines Netzausfalls gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch ein Abstellen der Brennkraftmaschine (6) nur bei Erreichen einer vorgegebenen Maximalspannung im Speicherakkumulator (12).
Verfahren nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch einen Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine (6) während eines Ausfalls des öffentlichen Stromnetzes (20).