DE19936591C1

DE19936591C1 - Gasbetriebene Generator-Therme

Info

Publication number: DE19936591C1
Application number: DE19936591A
Authority: DE
Inventors: Datong Wu; Thomas-Eckart Frieling; Hans-Werner Zimmermann; Andreas Schall
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2019-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gasbeheizte Generator-Therme mit zwei Brennern, wobei der erste Brenner die Wärmezufuhr zu einem thermoelektrischen Wandler zur Umwandlung in elektrische Energie übernimmt und der zweite Brenner die Wärme zur Erwärmung von Heiz- und/oder Brauchwasser in einem Wasserbehälter erzeugt und ein Wärmeübertragen die Übertragung an das Wasser im Wasserbehälter vornimmt. Eine kompakte, einfache Baueinheit mit hoher Funktionsintegration und hohem Wirkungsgrad wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass in einer gemeinsamen Brennkammer ein zweistufiger Zylinderbrenner mit Innenbrenner und Außenbrenner untergebracht ist, dass der Innenbrenner den wärmeaufnehmenden Teil des thermoelektrischen Wandlers umschließt und mit Wärme versorgt, dass der elektrische Energie abgebende Teil des thermoelektrischen Wandlers in das Wasser im Wasserbehälter ragt, dass der Außenbrenner von dem Wärmeübertrager umschlossen ist und dass die Verbrennungsgase des Innen- und Außenbrenners über den Wärmeübertrager zum gemeinsamen Abgasauslaß geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine gasbetriebene Generator-Therme mit zwei Brennern, wobei der erste Brenner die Wärmezufuhr zu einem thermoelektrischen Wandler zur Umwandlung in elektrische Energie übernimmt und der zweite Brenner die Wärme zur Erwärmung von Heiz- und/oder Brauchwasser in einem Wasserbehäl ter erzeugt und ein Wärmeübertrager die Übertragung an das Wasser im Wasser behälter übernimmt.

Bekannte gasbetriebene Generator-Thermen sind vorzugsweise als modulare Kraftwärmekopplungseinheiten mit Generatorteil, Thermenteil und Wasser speicher ausgelegt. Daher sind die bekannten gasbetriebenen Generator- Thermen nicht als Baueinheit kompakt aufgebaut und stellen bezüglich der Wärmeverluste und damit des Wirkungsgrades keine optimale Lösung dar ("Microgen - Cogeneration for the home", 1998 International gas research conference).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gasbetriebene Generator-Therme der eingangs erwähnten Art so auszulegen, dass sie eine kompakte Baueinheit mit hoher Funktionsintegration bildet und daher kostengünstig mit geringen Wärmever lusten und hohem Wirkungsgrad herstellbar und betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass in einer gemein samen Brennkammer ein zweistufiger Zylinderbrenner mit Innenbrenner und Außenbrenner untergebracht ist, dass der Innenbrenner den wärmeaufnehmen den Teil des thermoelektrischen Wandlers umschließt und mit Wärme versorgt, dass der elektrische Energie abgebende Teil des thermoelektrischen Wandlers in das Wasser im Wasserbehälter ragt, dass der Außenbrenner von dem Wärme übertrager umschlossen ist und dass die Verbrennungsgase des Innen- und Außenbrenners über den Wärmeübertrager zum gemeinsamen Abgasauslaß ge führt sind.

Beide Brenner sind einfach in einer einzigen Brennkammer untergebracht, so dass sie optimal ihren Funktionen zugeordnet werden können. Dabei wird das Heiz- und/oder Brauchwasser zur Kühlung des thermoelektrischen Wandlers und der Wärmeübertrager zur Kühlung der Brennkammer für den Außenbrenner ver wendet. Die Verbrennungsgase beider Brenner durchströmen den Wärmeübertra ger, so dass sie mit ihrer Wärmeabgabe an dessen Übertragungsmedium (Heiz- und/oder Brauchwasser) zusätzlich zur Erwärmung des Wassers im Wasserbehäl ter ausgenützt werden können, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.

Die Ausbildung der Brennkammer und die Führung des Abgasauslasses sind nach einer Ausgestaltung so vorgenommen, dass der Abgasauslaß über die Außenseite und die Unterseite des Wärmetauschers mit der Brennkammer in Verbindung steht und die Brennkammer auf der Oberseite des Wärmetauschers mittels einer Isolationswand geschlossen ist.

Der Betrieb der beiden Brenner ist so gelöst, dass der Innenbrenner und der Außenbrenner von einer gemeinsamen Gasquelle über je ein Dosierventil und ein Gebläse mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgt werden können.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Innenbrenner als 2-Punkt- Strahlungsbrenner und der Außenbrenner als modulierender Blauflammenbrenner ausgebildet sind.

Der Wärmeübertrager ist nach einer Ausgstaltung als Rippenrohrwendel ausge bildet, dessen Durchflußmedium (Heiz- und/oder Brauchwasser) als Übertra gungsmedium in einen Kreislauf mit einer Rohrschlange im Wasserbehälter ein bezogen ist.

Als thermoelektrischer Wandler wird nach einer Ausgestaltung ein Stirlingmotor als wärmeaufnehmender Teil und ein Lineargenerator als elektrische Energie ab gebendes Teil verwendet.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispieles näher erläutert.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, weist die gasbeheizte Generator-Therme eine einzige Brennkammer 17 auf, in der ein zweistufiger Zylinderbrenner mit einem Innenbrenner 10 und einem Außenbrenner 13 untergebracht ist. In den Innen raum des Innenbrenners 10 ist das wärmeaufnehmende Teil 31 eines thermo elektrischen Wandlers 30 eingeführt, das die vom Innenbrenner 10 erzeugte Wärme aufnimmt und ein in elektrische Energie E abgebendes Teil 32 desselben antreibt. Dieses Teil 32 ragt in einen mit Brauchwasser gefüllten Brauchwasser behälter 25 und wird von diesem gekühlt. Die Verlustwärme des Teils 32 wird daher zur Aufheizung des Brauchwassers mitbenutzt und erhöht daher den Wir kungsgrad der gasbeheizten Generator-Therme. Der Innenbrenner 10 umschließt das Teil 31 des thermoelektrischen Wandlers 30, der z. B. als Sterlingmotor aus gebildet sein kann und von einem als 2-Punkt-Strahlungsbrenner ausgebildeten Innenbrenner 10 beheizt wird.

Um den Außenbrenner 13 der z. B. als modulierender Blauflammenbrenner aus gebildet sein kann, ist ein als Rippenrohrwendel ausgebildeter Wärmeübertrager 20 angeordnet, der von den Verbrennungsgasen beider Brenner 10 und 13 durchströmt wird und neben der Aufheizung durch die Verbrennungsgase auch die vom Außenbrenner 13 erzeugte Wärme verarbeitet und über sein Durch flußmedium, d. h. Übertragungsmedium (Heiz- und/oder Brauchwasser), und eine Rohrschlange 23 in dem Wasserbehälter 25 an das Wasser abgibt. In den Kreis lauf dieses Übertragungsmediums ist eine Pumpe 21 und ein Verteilerventil 22 eingeschleift. Das zu erwärmende Wasser wird über einen Einlaß We dem Was serbehälter 25 zugeführt und über einen Auslaß Wa aus diesem entnommen.

Heizungswasser wird im Heizbetrieb direkt über Heizungsvorlauf HVL und Heizungsrücklauf HRL in das Heiznetz eingespeist bzw. aus diesem entnommen (geschlossener Kreis).

Der Innenbrenner 10 wird über ein Dosierventil 12 und ein Gebläse 11 aus einer gemeinsamen Gasquelle G, der ein Sicherheits- und/oder Abschaltventil 16 nach geschaltet ist, mit einem Gas-Luft-Gemisch gespeist, während der Außenbrenner 13 über ein Dosierventil 15 und ein Gebläse 14 mit einem Gas-Luft-Gemisch aus derselben Gasquelle G versorgt wird. Die Rippenrohrwendel als Wärmeübertrager 20 umschließt den Außenbrenner 13 und dient zur Kühlung der Brennkammer 17. Der Abgasauslaß 19 umschließt die Außenseite des Wärmeübertragers 20 und schließt die Brennkammer 17 nach unten hin ab, während die Brennkammer 17 über dem Wärmeübertrager 20 und dem Zylinderbrenner mittels einer Iso lationswand 18 geschlossen ist. Das Verbrennungsgas beider Brenner muss daher den Wärmeübertrager 20 passieren, um in den Abgasauslaß 19 zu ge langen, wobei wiederum dem Abgas Wärme entzogen wird.

Der aus der Brennkammer 17 unten herausragende Teil 32 des thermoelek trischen Wandlers 30 ist z. B. als Linear-Generator ausgebildet, der vom Sterling- Motor als Teil 31 des thermoelektrischen Wandlers 30 angetrieben wird und elektrische Energie E auf einer Ausgangsleitung abgibt. Wie bereits erwähnt, wird dieses Teil 32 des thermoelektrischen Wandlers 30 im Brauchwasser ge kühlt, so dass auch dessen Verlustwärme in den Prozeß der Brauchwasser-Er wärmung einbezogen ist.

Claims

1. Gasbetriebene Generator-Therme mit zwei Brennern, wobei der erste Brenner die Wärmezufuhr zu einem thermoelektrischen Wandler zur Um wandlung in elektrische Energie übernimmt und der zweite Brenner die Wärme zur Erwärmung von Heiz- und/oder Brauchwasser in einem Was serbehälter erzeugt und ein Wärmeübertrager die Übertragung an das Wasser im Wasserbehälter vornimmt, dadurch gekennzeichnet,
dass in einer gemeinsamen Brennkammer (17) ein zweistufiger Zylinder brenner mit Innenbrenner (10) und Außenbrenner (13) untergebracht ist,
dass der Innenbrenner (10) den wärmeaufnehmenden Teil (31) des ther moelektrischen Wandlers (30) umschließt und mit Wärme versorgt,
dass der elektrische Energie (E) abgebende Teil (32) des thermoelek trischen Wandlers (30) in das Wasser im Wasserbehälter (25) ragt,
dass der Außenbrenner (13) von dem Wärmeübertrager (20) umschlossen ist und
dass die Verbrennungsgase des Innen- und Außenbrenners (10 und 13) über den Wärmeübertrager (20) zum gemeinsamen Abgasauslaß (19) ge führt sind.

2. Gasbetriebene Generator-Therme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasauslaß (19) über die Außenseite und die Unterseite des Wärmetauschers (20) mit der Brennkammer (17) in Verbindung steht und die Brennkammer (17) auf der Oberseite des Wärmetauschers (20) mittels einer Isolationswand (18) geschlossen ist.

3. Gasbetriebene Generator-Therme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbrenner (10) und der Außenbrenner (13) von einer gemein samen Gasquelle (G) über je ein Dosierventil (12 bzw. 16) und ein Ge bläse (11 bzw. 14) mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgt werden.

4. Gasbetrieben Generator-Therme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbrenner (10) als 2-Punkt-Strahlungsbrenner und der Außen brenner (13) als modulierender Blauflammenbrenner ausgebildet sind.

5. Gasbetriebene Generator-Therme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (20) als Rippenrohrwendel ausgebildet ist, dessen Durchflußmedium in einen Kreislauf mit einer Rohrschlange (23) im Brauchwasserbehälter (24, 25) einbezogen ist.

6. Gasbetriebene Generator-Therme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Wandler (30) mit Stirlingmotor und Linear- Generator als wärmeaufnehmendem Teil (31) und elektrische Energie (E) abgebendem Teil (32) ausgebildet ist.