DE19936591C1 - Gas-driven heat generator, with two-stage cylinder burner including inner and outer burners in common combustion chamber - Google Patents

Gas-driven heat generator, with two-stage cylinder burner including inner and outer burners in common combustion chamber

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Abstract

The generator has two burners, the first taking heat input to a thermoelectric converter to produce electricity, and the second heating hot water or process water in a water tank. The generator has a two-stage cylinder burner, which includes an inner burner (10) and an outer burner (13) in a common combustion chamber (17).

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.The invention relates to a gas-powered generator thermal bath with two burners, the first burner supplying heat to a thermoelectric converter for conversion into electrical energy and the second burner takes over Heat for heating heating and / or process water in a water container ter generates and a heat exchanger the transfer to the water in the water container takes over.

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).Known gas powered generator baths are preferably modular Combined heat and power units with generator part, thermal part and water memory designed. Therefore, the well-known gas-powered generator Thermal baths are not built compactly as a structural unit and represent in terms of Loss of heat and therefore efficiency is not an optimal solution ("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.It is an object of the invention to provide a gas-powered generator-thermal mentioned type so that it is a compact unit with high Function integration forms and therefore inexpensive with low heat lusts and high efficiency can be produced and operated.

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.This object is achieved according to the invention in that in a common a two-stage cylinder burner with internal burner and External burner is housed in that the inner burner absorb the heat encloses the part of the thermoelectric converter and supplies it with heat, that the part of the thermoelectric converter that emits electrical energy the water in the water tank protrudes from the outside burner from the heat is enclosed and that the combustion gases of the interior and External burner ge via the heat exchanger to the common exhaust outlet leads are.

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. Both burners are simply housed in a single combustion chamber, so that they can be optimally assigned to their functions. It will Heating and / or service water for cooling the thermoelectric converter and the heat exchanger for cooling the combustion chamber for the external burner turns. The combustion gases from both burners flow through the heat transfer so that with their heat transfer to their transmission medium (heating and / or process water) in addition to heating the water in the water tank ter can be exploited, resulting in an increase in efficiency leads.  

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.The design of the combustion chamber and the routing of the exhaust gas outlet are According to an embodiment made so that the exhaust outlet on the Outside and the bottom of the heat exchanger with the combustion chamber in Connection is established and the combustion chamber on top of the heat exchanger is closed by means of an insulation wall.

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.The operation of the two burners is solved so that the inner burner and the External burner from a common gas source via one metering valve and one Blowers can be supplied with a gas-air mixture.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Innenbrenner als 2-Punkt- Strahlungsbrenner und der Außenbrenner als modulierender Blauflammenbrenner ausgebildet sind.It has proven to be particularly advantageous if the internal burner as a 2-point Radiant burner and the external burner as a modulating blue flame burner are trained.

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.The heat exchanger is designed as a finned tube coil forms, the flow medium (heating and / or process water) as a transfer supply medium in a circuit with a pipe coil in the water tank is related.

Als thermoelektrischer Wandler wird nach einer Ausgestaltung ein Stirlingmotor als wärmeaufnehmender Teil und ein Lineargenerator als elektrische Energie ab­ gebendes Teil verwendet.According to one embodiment, a Stirling engine is used as the thermoelectric converter as a heat absorbing part and a linear generator as electrical energy giving part used.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles näher erläutert. The invention is based on an embodiment shown in the drawing example explained in more detail.  

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.As can be seen in the drawing, the gas-heated generator thermal unit has a single combustion chamber 17 , in which a two-stage cylinder burner with an internal burner 10 and an external burner 13 is accommodated. In the inner space of the inner burner 10 , the heat-absorbing part 31 of a thermo-electric converter 30 is inserted, which absorbs the heat generated by the inner burner 10 and drives a part 32 emitting in electrical energy E same. This part 32 protrudes into a process water tank 25 filled with process water and is cooled by it. The heat loss of part 32 is therefore used to heat the process water and therefore increases the efficiency of the gas-heated generator-heater. The inner burner 10 encloses the part 31 of the thermoelectric converter 30 , the z. B. can be formed as a sterling motor and is heated by an internal burner 10 designed as a 2-point radiant burner.

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. To the outer burner 13 of the z. B. can be formed as a modulating blue flame burner, a trained as a finned coil heat exchanger 20 is arranged, which is flowed through by the combustion gases of both burners 10 and 13 and in addition to heating by the combustion gases, the heat generated by the external burner 13 and processed through its flow medium , ie transmission medium (heating and / or process water), and a pipe coil 23 in the water tank 25 releases the water. In the circuit of this transmission medium, a pump 21 and a distributor valve 22 are looped in. The water to be heated is supplied via an inlet We to the water tank 25 and is removed from it via an outlet Wa.

Heizungswasser wird im Heizbetrieb direkt über Heizungsvorlauf HVL und Heizungsrücklauf HRL in das Heiznetz eingespeist bzw. aus diesem entnommen (geschlossener Kreis).In heating mode, heating water is supplied directly via heating flow HVL and HRL heating return fed into or removed from the heating network (closed circle).

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.The inner burner 10 is fed with a gas-air mixture via a metering valve 12 and a blower 11 from a common gas source G, which is connected to a safety and / or shut-off valve 16 , while the outer burner 13 via a metering valve 15 and a Blower 14 is supplied with a gas-air mixture from the same gas source G. The finned tube coil as the heat exchanger 20 surrounds the external burner 13 and serves to cool the combustion chamber 17 . The exhaust gas outlet 19 encloses the outside of the heat exchanger 20 and closes the combustion chamber 17 towards the bottom, while the combustion chamber 17 is closed over the heat exchanger 20 and the cylinder burner by means of an insulation wall 18 . The combustion gas of both burners must therefore pass through the heat exchanger 20 to get into the exhaust outlet 19 , whereby heat is again removed from the exhaust gas.

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.The part 32 of the thermoelectric converter 30 projecting from the combustion chamber 17 below is, for. B. formed as a linear generator which is driven by the Sterling motor as part 31 of the thermoelectric converter 30 and emits electrical energy E on an output line. As already mentioned, this part 32 of the thermoelectric converter 30 is cooled in the process water, so that its heat loss is also included in the process of process water heating.

Claims (6)

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.1. Gas-powered generator-thermal bath with two burners, the first burner taking over the heat supply to a thermoelectric converter for conversion into electrical energy and the second burner generating the heat for heating heating and / or process water in a water tank and a heat exchanger carries out the transfer to the water in the water tank, characterized in that
that a two-stage cylinder burner with internal burner ( 10 ) and external burner ( 13 ) is accommodated in a common combustion chamber ( 17 ),
that the inner burner ( 10 ) surrounds the heat-absorbing part ( 31 ) of the thermal converter ( 30 ) and supplies it with heat,
that the electrical energy (E) emitting part ( 32 ) of the thermoelectric converter ( 30 ) protrudes into the water in the water tank ( 25 ),
that the outer burner ( 13 ) is enclosed by the heat exchanger ( 20 ) and
that the combustion gases of the inner and outer burners ( 10 and 13 ) via the heat exchanger ( 20 ) to the common exhaust outlet ( 19 ) leads. 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.2. Gas-powered generator-thermal bath according to claim 1, characterized in that the exhaust gas outlet ( 19 ) via the outside and the underside of the heat exchanger ( 20 ) is in communication with the combustion chamber ( 17 ) and the combustion chamber ( 17 ) on the top of the heat exchanger ( 20 ) is closed by means of an insulation wall ( 18 ). 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.3. Gas-powered generator-thermal bath according to claim 1 or 2, characterized in that the inner burner ( 10 ) and the outer burner ( 13 ) from a common gas source (G) via a metering valve ( 12 or 16 ) and a Ge blower ( 11 or 14 ) are supplied with a gas-air mixture. 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.4. Gas-powered generator-thermal bath according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner burner ( 10 ) as a 2-point radiation burner and the outer burner ( 13 ) are designed as a modulating blue flame burner. 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.5. Gas-powered generator-thermal bath according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat exchanger ( 20 ) is designed as a finned tube coil, the flow medium is included in a circuit with a coil ( 23 ) in the service water tank ( 24 , 25 ). 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.6. Gas-powered generator-thermal bath according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermoelectric converter ( 30 ) with Stirling engine and linear generator is designed as a heat-absorbing part ( 31 ) and electrical energy (E) emitting part ( 32 ).
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