DE19829192B4 - Energie-Kompakt-Anlage - Google Patents

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Abstract

Energie-Kompakt-Anlage mit zumindest einem Antriebsaggregat (2) dem wenigstens ein Generator (5) zugeordnet ist, wobei das Antriebsaggregat (2) zur Nutzung von Abwärme in einem schall- und/oder wärmeisolierenden Gehäuse (1) angeordnet und welchem ein Einlass (19) als Frischluftzufuhr sowie zumindest eine Wärmetauscheinrichtung (11.1, 11.2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (11.1) oberhalb des Antriebsaggregates (2) im Gehäuse (1) angeordnet ist und an wenigstens einen Abnehmer (15.1, 15.2) anschliesst und die Wärmetauschereinrichtung (11.2) mit einem Belüftungssystem (18) in Verbindung steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Kompakt-Anlage mit zumindest einem Antriebsaggregat dem wenigstens ein Generator zugeordnet ist, wobei das Antriebsaggregat zur Nutzung von Abwärme in einem schall- und/oder wärmeisolierendem Gehäuse angeordnet und welchem ein Einlass als Frischluftzufuhr sowie zumindest eine Wärmetauscheinrichtung zugeordnet ist.
  • Derartige Antriebsaggregate sind in vielfältigster Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und gebräuchlich. Sie dienen in erster Linie zum Erzeugen von Energie, insbesondere Strom. Sie zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, dass sie flexibel und unabhängig einzusetzen sind.
  • Nachteilig an derartigen Geräten ist, dass herkömmliche Antriebsaggregate einen hohen Energieverlust aufweisen, da sie ungenutzte Wärme abgeben. Ferner sind sie nicht geeignet, um einen Haushalt vollständig mit allen erforderlichen Energien in unterschiedlicher Form wie bspw. Strom, Wärme etc. zu versorgen.
  • Das Deutsche Gebrauchsmuster DE 85 26 501 U1 beschreibt ein Klimagerät mit einem Motor und mit einem Kompressor, der zu seinem Antrieb mit dem Motor mechanisch verbunden ist. Motor und Kompressor sind in einem Schallschutzgehäuse angeordnet und eingeschlossen.
  • Die DE 42 37 537 A1 beschreibt einen Wärmetauscher für luftgekühlte Blockheizkraftwerke, bei welchem ein Verbrennungsmotor mit angekoppeltem Stromgenerator in einer wärme- und schallgedämmten Blechkiste untergebracht sind.
  • Die DE 39 12 256 C2 beschreibt eine schalldichte motorgetriebene Arbeitsmaschine mit Abhitzerückgewinnungseinrichtung.
  • Nach der DE 94 05 466 U1 ist ein Blockheizkraftwerk mit einer Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Generators offenbart, welcher einen aufwendigen flüssigkeitsbetriebenen Kühlkreislauf aufweist.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Energie-Kompakt-Anlage der o.g. Art zu schaffen, welche eine separate und vollständige Energieversorgung bspw. für ein Haus zulässt, wobei ein derartiger Abnehmer völlig unabhängig von externen Energieversorgern, Wohnhäuser oder Wohnungen mit Energie versorgen kann.
  • Ferner sollen dabei Energiekosten reduziert und bedarfsgerecht verwendet werden. Zudem soll eine derartige Energie-Kompakt-Anlage universell einsetzbar und in herkömmliche Wohnhäuser nachrüstbar sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Wärmetauscheinrichtung oberhalb des Antriebsaggregates im Gehäuse angeordnet ist und an wenigstens einen Abnehmer anschliesst und die Wärmetauschereinrichtung mit einem Belüftungssystem in Verbindung steht.
  • Die vorliegende Erfindung gestattet, dass die von dem Antriebsaggregat abgegebene Wärme und die vom Antriebsaggregat abgegebenen heissen Abgase in zumindest einem Wärmetauscher ausgewertet werden. In dem Gehäuse können verschiedenste Wärmetauscher vorgesehen sein, um die Abwärme eines derartigen Antriebsaggregates zu nutzen.
  • Ein Wärmetauscher ist vorzugsweise als luft und gasdurchlässiges Register ausgebildet, welches von heisser Luft bzw. auch von heissen Abgasen des Antriebsaggregates durchströmbar ist. Hierdurch wird bspw. warmes Wasser für einen Heizboiler bzw. Heizkreislauf eines Wohnhauses oder für einen Brauchwasserboiler in einem Wohnhaus aufgewärmt. Zusätzlich kann der durch den Generator erzeugte Strom, gesteuert über eine elektrische Steuerung, eine Wärmepumpe oder eine elektrische Heizung, betreiben. Hierdurch lässt sich die gewünschte Brauchwassertemperatur oder Temperatur des Heizkreislaufes im Abnehmer exakt regeln und steuern.
  • Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist dann gegeben, wenn zusätzlich extern oder intern im Gehäuse Energiespeicher, bspw. in Form von Batterien, vorgesehen sind. Dann kann bei geringeren Lasten auf den Betrieb des Antriebsaggregates verzichtet werden, wobei die Lastabnehmer über die Energiespeicher versorgt werden.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeigt eine zusätzliche Wärmetauscheinrichtung, welche Warmluft zum Beheizen von Räumen, insbesondere über ein Belüftungssystem, in das Gebäude einbringt. Dieser Wärmetauscheinrichtung wird Luft über einen Einlassstutzen zugeführt und erwärmte Luft über einen Auslassstutzen in ein Belüftungssystem zugeführt. Von dort können eine Mehrzahl von Räume beheizt werden.
  • Insgesamt ist mit der vorliegendnen Erfindung eine Anlage, insbesondere eine Energie-Kompakt-Anlage geschaffen, welche selbstständig und unabhängig von fremden und externen Energien ein Haus oder ein Wohnraum mit Energie versorgen kann. Sind die Abnehmer wie bspw. Brauchwasser, Boiler oder Heizkreislaufboiler nachts nicht im Betrieb und wird in einem Haushalt nur geringfügig Energie verbraucht, so schaltet sich automatisch das Antriebsaggregat ab. Der übrige Energiebedarf wird über die Energiespeicher insbesondere Batterien abgedeckt.
  • Ferner entfallen bei einer derartigen Anlage herkömmliche Schornsteinfegerkosten sowie Anschlussgebühren der Energieversorger pro Einfamilienhaus, die in etwa bei DM 4.000,– bis DM 6.000,– liegen. Es können herkömmliche teure Heizkörper, Heizkessel oder Stromversorgungsanlagen etc. entfallen.
  • Durch die Verwendung von Wohnraumbe- und entlüftungsanlagen wird zugleich der Wohnung zusätzlich die notwendige Frischluft zugeführt. Ferner können durch die Verwendung von Biotreibstoffen als Energielieferanten für das Antriebsaggregat sehr umweltfreundlich und vollständige Energieversorgungen auf engstem Raum preisgünstig ausgenutzt werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird über eine Wärmetauscheinrichtung, wie sie oben beschrieben ist, Energie bspw. einem Blockheizkraftwerk entzogen. Die Wärmetauscheinrichtung wird ebenfalls über ein Medium, insbesondere Wasser betrieben und führt Wärme einem Abnehmer, insbesondere Boiler zu. Dieser Boiler oder zumindest ein Teil von ihm kann über vorzugsweise externe Energie, bevorzugt mittels eines Brenners, stark erhitzt werden, so dass im Abnehmer bzw. Boiler eine Dampferzeugung stattfindet. Dieser Überdruck, insbesondere dieser Wasserdampf, wird in einem dem Abnehmer zugeordneten Energiewandler, insbesondere Dampfgenerator zu Strom umgewandelt. Hierdurch kann die Abwärme bspw. eines Blockheizkraftwerkes zur direkten Stromerzeugung genutzt werden, was dessen Wirkungsgrad wesentlich steigert.
  • Die Dampfturbinen, welche zur Stromerzeugung eingesetzt werden, können nur mit geringfügigem, zusätzlichen Energieaufwand betrieben werden. Es ist lediglich die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Abwärme und der Temperatur, welche zur Dampferzeugung notwendig ist, erforderlich. Ebenfalls wird das Kondensat, welches an dem Dampfgenerator abfällt und dessen Temperatur in etwa bei 90°C liegt, dem Abnehmer, insbesondere dem Boiler wieder zugeführt.
  • Hierdurch wird die Abwärme eines derartigen Blockheizkraftwerkes, welches bspw. nach herkömmlicher Art durch fossile Brennstoffe, wie Gas, Öl, Biobrennstoffe, Holzschnipsel, Altöl oder anderen fossilen Brennstoffen betrieben wird, ausgenutzt.
  • Ferner müssen derartige Blockheizkraftwerke gekühlt werden, wozu frisches Brauchwasser verwendet wird. Dieses wird dem Kreislauf zugeführt. Es erwärmt sich und muss dann über Kühlflächen abgeleitet und luftgekühlt werden. Hierzu können Düsen oder Ventilatoren vorgesehen sein, welche die Umgebungsluft direkt unter der warmwasserführenden Fläche abführt, so dass das Wasser besser gekühlt werden kann. Dieses Wasser kann über Becken, Erdbecken oder Erdauffangbehälter gesammelt werden. Diese sind in gewissen Abständen aneinandergereiht, um die Abkühlung von einem Becken zum nächsten bis zur gewünschten Wassertemperatur zu gewährleisten. Aus dem letzten, jeweils erkaltetem Becken, wird das kalte Wasser zur Kühlung der Heizkraftwerke erneut in dessen Kreislauf gebracht. Zudem kann das vollständige Wasserreservoir bspw. unter der Verwendung von Regenwasser nachgefüllt werden, damit immer genügend frisches Wasser im Umlauf ist. Entsprechende Überläufe regeln das Wasserreservoir.
    •
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
  • 1 eine schematische, blockschaltbildliche Darstellung einer erfindungsgemässen Anlage zum Erzeugen von Energie;
  • 2 eine teilweise aufgeschnittene blockschaltbildliche Seitenansicht der Anlage gemäss 1;
  • 3 eine schematisch, blockschaltbildliche Darstellung einer weiteren Anlage gemäss 1.
  • Gemäss 1 weist eine erfindungsgemässe Anlage R zum Erzeugen von Energie, insbesondere Energie-Kompakt-Anlage, ein Gehäuse 1 auf, welches vorzugsweise schall- und wärmeisolierend ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Gehäuse 1 luftundurchlässig ausgebildet. In etwa mittig des Gehäuses 1 ist ein Antriebsaggregat 2 vorgesehen, welches über eine hier gestrichelt angedeutete Verbindungsleitung 3 mit einem Energiereservoir 4 in Verbindung steht. Im vorliegendem Ausführungsbeispiel ist das Energiereservoir 4 extern zum Gehäuse 1 angeordnet. Es soll jedoch auch daran gedacht sein, das Energiereservoir 4 in das Gehäuse 1 zu intergrieren. Es liefert die notwendige Energie für das Antriebsaggregat 2. Hierbei ist an Benzin, Diesel, Rapsöl, Bioöl, aus unterschiedlichen Pflanzen, oder sonstigen Biostoffen gedacht.
  • Das Antriebsaggregat 2 ist mit einem Generator 5 verbunden. Dieser Generator 5 steht mit einer Steuereinrichtung 6 in Verbindung, welche über hier nur angedeutete Leitungen 7.1, 7.2 die Verteilung und Regelung des Stromes vornimmt. Die Leitung 7.1 führt zu beliebigen Lastabnehmern bspw. eines Hauses. Wird nur geringe Last bspw. in der Nacht erfrodert, so schaltet die Steuereinrichtung 6 auf eigene Energiespeicher 8 um, welche im Gehäuse 1 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Energiespeicher 8 nahe eines Gehäusebodens 9 angeordnet, und werden über eine Trennwand 10 abgeschottet.
  • Die Anlage R liefert bspw. nachts ohne dass der Generator 5 und damit auch das Antriebsaggregat 2 betrieben werden müssen permanent Energie aus dem Energiespeicher 8. Die Steuereinrichtung 6 übernimmt die hierzu notwendige Steuerung und Regelung. Fällt ein bestimmtes Spannungspotential der Energiespeicher 8 ab, so wird automatisch über die Steuereinrichtung 6 das Antriebsaggregat 2 einschaltet und lädt die vorzugsweise intern im Gehäuse 1 angeordneten Energiespeicher 8 auf. Gleichzeitig liefert bei höheren Lasten der Generator 5 genügend Strom, um alle Lastabnehmer bspw. eines Einfamilienhauses ausreichend mit Energie zu versorgen.
  • Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass die Abwärme des Antriebsaggregates 2 genutzt wird. Durch das wärmeisolierte Gehäuse 1 wird im Inneren eine hohe Wärme erzeugt. Diese Wärme wird über Wärmetauscheinrichtungen 11.1, 11.2 genutzt.
  • Die Wärmetauscheinrichtung 11.1 ist vorzugsweise als luft- und abgasdurchlässiges Register ausgebildet. Dieses ist bevorzugt oberhalb des Antriebsaggregates 2 angeordnet, durch welches die erwärmte Luft im Gehäuse 1 nach aussen austreten kann. Der Wärmetauscheinrichtung 11.1 ist nach aussen hin ein Abluftaufnahmeelement 12 zugeordnet. Das Abluftaufnahmeelement 12 führt unmittelbar in das Freie und gibt die Wärme bzw. Abluft des Antriebsaggregates 2 über einen Abluftkanal 13 ab. Frischluft wird über einen dem Gehäuse 1 zugeordneten Einlass 19 zugeführt. Dies kann auch vorgewärmte Raumluft oder Frischluft sein.
  • Die Wärmetauscheinrichtung 11.1 steht über Wärmeleitungen 14.1, 14.2 mit zumindest einem Abnehmer 15.1, 15.2 in Verbindung. Entsprechende regelbare und hier nicht näher bezifferte Ventile und Wärmepumpen regeln den Volummenstrom beim Wärmeaustausch der Wärmetauscheinrichtung 11.1. Die Abnehmer 15.1, 15.2 können bspw. Boiler für Brauchwasser oder Boiler für einen Heizkreislauf, wie es hier angedeutet ist, sein. Zusätzlich können in den Boilern elektrische Heizelemente 16.1, 16.2 vorgesehen sein, welche über die Energiespeicher 8 oder direkt über den Generator 5 betreibbar sind.
  • Ein weiterer Wärmetauscher 11.2 ist vorzugsweise seitlich in dem Gehäuse 1 vorgesehen. Dieser dient im wesentlichen, wie es insbesondere in 2 dargestellt ist, zum Erwärmen von Luft, wobei die Luft durch einen Einlassstutzen 20 in das Gehäuse 1 einströmt, durch die Wärmetauscheinrichtung 11.2 im Gleichstrom oder Gegenstromverfahren weitertransportiert und über einen Auslassstutzen 17 einem Belüftungssystem 18 zugeführt wird. Der Auslassstutzen 17 kann bspw. direkt in einen Raum einmünden. Über das Belüftungssystem 18 können einzelne Räume, welche daran angeschlossen sind, regelbar beheizt werden.
  • Gemäss 3 ist eine weitere Anlage R1 aufgezeigt, welche im wesentlichen die in den 1 und 2 aufgezeigten Bauteile beinhaltet. Unterschiedlich ist hier, dass an den Abnehmer 15.1 anstelle des Heizelementes 16.1 ein Heizelement 16.3 extern, bspw. als Brenneinrichtung anschliesst. Über das externe Heizelement 16.3 lässt sich der Abnehmer 15.1 aufheizen.
  • Insbesondere gelangt in diesem Ausführungsbeispiel durch Abwärme vorgewärmtes Wasser in den Abnehmer 15.1, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Boiler ausgebildet ist.
  • Das durch Abwärme erwärmte Wasser im Abnehmer 15.1 kann durch das Heizelement 16.3 weiter erhitzt werden. Dieses wird dann über weitere Wärmeleitungen 14.3, 14.4 einem Energiewandler 21 zugeführt. Bevorzugt ist der Energiewandler 21 als Dampfgenerator ausgebildet.
  • Die Temperatur im Abnehmer 15.1, insbesondere Boiler wird derartig erhitzt, dass sie zur Energieerzeugung, insbesondere Stromerzeugung im Energiewandler 21, insbesondere Dampfgenerator geeignet ist.
  • Die Abwärme, welche bspw. über Blockheizkraftwerke gewonnen wird, erwärmt das Wasser im Abnehmer 15.1 bis etwa 70 bis 80°C. Über den Brenner bzw. über das Heizelement 16.3 muss lediglich die Temperaturdifferenz in Form von Energie zugeführt werden, die für den Dampfgenerator bzw. Energiewandler 21 erforderlich ist.
  • Daher wird die Temperatur im Abnehmer 15.1 lediglich auf Dampferzeugungstemperatur aufgeheizt und anschliessend der Wasserdampf dem Dampfgenerator zur Erzeugung von Energie zugeführt. Das Kondensat, welches aus dem Dampfgenerator ausscheidet, hat eine Temperatur von etwa 90°C und kann über die Wärmeleitung 14.4 dem Abnehmer 15.1 direkt zugeführt werden. Hierdurch entsteht ein Umlauf, wobei lediglich die Temperaturdifferenz zwischen der Dampferzeugungstemperatur und der Temperatur im Abnehmer 15.1 durch das Heizelement 16.3 zugeführt werden muss.
  • In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss 3 ist die Wärmetauscheinrichtung 11.1 einem Blockheizkraftwerk zugeordnet. Diese Abwärme, mittels welcher bei herkömmlichen Blockheizkraftwerken eine Beheizung von Wohnungen oder sonstigen Gebäuden vorgenommen wurde, kann nun zur Stromerzeugung direkt verwendet werden. Dies steigert den Wirkungsgrad von Blockheizkraftwerken erheblich. Die grossen Temperaturverluste durch Fernleitungen und dgl. können entfallen.
  • Bezugszeichenliste
    Figure 00120001

Claims (10)

  1. Energie-Kompakt-Anlage mit zumindest einem Antriebsaggregat (2) dem wenigstens ein Generator (5) zugeordnet ist, wobei das Antriebsaggregat (2) zur Nutzung von Abwärme in einem schall- und/oder wärmeisolierenden Gehäuse (1) angeordnet und welchem ein Einlass (19) als Frischluftzufuhr sowie zumindest eine Wärmetauscheinrichtung (11.1, 11.2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (11.1) oberhalb des Antriebsaggregates (2) im Gehäuse (1) angeordnet ist und an wenigstens einen Abnehmer (15.1, 15.2) anschliesst und die Wärmetauschereinrichtung (11.2) mit einem Belüftungssystem (18) in Verbindung steht.
  2. Energie-Kompakt-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (11.1, 11.2) als luft- und/oder abgasdurchlässiges Register ausgebildet ist, an welches ein Abluftaufnahmeelement (12) ggfs. trichterartig anschliesst.
  3. Energie-Kompakt-Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abluftaufnahmeelement (12) ausserhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist und einen Abluftkanal (13) aufweist.
  4. Energie-Kompakt-Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (11.2) an ein Belüftungssystem (18) anschliessbar ist, wobei die Wärmetauscheinrichtung (11.2) im Gehäuse (1) im Gleichstrom und/oder im Gegenstrom verfahren, betreibbar ist.
  5. Energie-Kompakt-Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) mit einer elektrischen Steuerung (6) zur Versorgung von wenigstens einem internen Energiespeicher (8) und/oder externen Lastabnehmer in Verbindung steht.
  6. Energie-Kompakt-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiespeicher (8) innerhalb im Gehäuse (1) ggfs. abgeschottet über eine Trennwand (10) eingelagert ist.
  7. Energie-Kompakt-Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (8) nahe eines Gehäusebodens (9) vorgesehen sind.
  8. Energie-Kompakt-Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (2) mit einem externen und/oder internen Energiereservoir (4), insbesondere Treibstofftank verbunden ist.
  9. Energie-Kompakt-Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (11.2) seitlich im Gehäuse (1) angeordnet ist, wobei ein Einlassstutzen (20) und ein Auslassstutzen (17) in das Gehäuse (1) einragen.
  10. Energie-Kompakt-Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wärmetauscheinrichtungen (11.1, 11.2) die abgegebene Wärme des Antriebsaggregates (2) über verschiedenste Medien wie Luft, Wasser, Öl transportierbar ist.
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