-
Die Erfindung betrifft eine Abgas-Rohreinheit gemäß Anspruch 1, insbesondere ausgebildet zum Abführen von Abgasen aus einem Blockheizkraftwerk.
-
Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie und Wärme, die bevorzugt am Ort des Verbrauchs betrieben wird. Ein BHKW nutzt dafür das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Als Antrieb für den Stromerzeuger werden Verbrennungsmotoren eingesetzt, unter anderem Diesel, Pflanzenöl oder Gasmotoren, aber auch Gasturbinen oder Stirling-Motoren. Die eingesetzte Primärenergie kann zu 80% bis über 90% genutzt werden. Mini- und Mikroblockheizkraftwerke werden zunehmend auch in Ein- und Mehrfamilienhäusern, in Betrieben und im Siedlungsbau eingesetzt. Die bei dem Verbrennungsprozess auftretenden Abgase werden über Abgasrohre abgeführt.
-
Insbesondere die in Ein- und Mehrfamilienhäusern eingesetzten Blockheizkraftwerke sind im Regelfall gekapselt, um die Schallemission zu reduzieren. Die Kapselung des Verbrennungsmotors löst jedoch nicht das Problem der Schallausbreitung über den Abgasstrom.
-
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine, bevorzugt aus Kunststoff ausgebildete, Abgas-Rohreinheit, insbesondere zum Abführen von Abgasen aus einem Blockheizkraftwerk anzugeben, mit welcher die Schallemission von, insbesondere pulsierenden Abgasströmen reduziert werden können. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Platzblockheizkraftanlage mit mindestens einer entsprechend ausgebildeten Rohreinheit anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Rohreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Blockheizkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Der Erfindung liegt zur Geräuschsminimierung eines Abgasstroms, insbesondere von pulsierenden Abgasströmen von Blockheizkraftwerken der Gedanke zugrunde, eine Abgas-Rohreinheit mit Schalldämpfungsmitteln vorzusehen, wobei die Schalldämpfungsmittel einen einem Einlassstutzen für das Abgas von einem Blockheizkraftwerk nachgeordneten Ringraum vorsehen, der, insbesondere von dem Einlassstutzen aus betrachtet, in einer der Hauptabgasströmungsrichtung in einem Hauptströmungskanal entgegengesetzten Axialrichtung angeordnet ist, wobei das durch den, insbesondere im 90° Winkel zu einer Hauptströmungsrichtung des Abgases im Hauptströmungskanal angeordneten Einlassstutzen in den Ringraum einströmende Abgas im Ringraum in Richtung Spalt strömen muss, der bevorzugt die einzige Strömungsverbindung zum Hauptströmungskanal darstellt, wobei der Spalt weiter bevorzugt derart dimensioniert bzw. dimensionierbar (Mittel zur Spaltgrößeneinstellung) ist, dass sich in einem Bereich in Strömungsrichtung vor dem Spalt ein Abgasstaudruck bildet, der durch Durchströmen des Spaltes abgebaut wird. Da die Rahmenbedingungen und Betriebsparameter von Blockheizkraftwerk zu Blockheizkraftwerk unterschiedlich sind, sind erfindungsgemäß Mittel zum Einstellen der Spaltgröße, d.h. des freien Strömungsquerschnittes des bevorzugt als Ringspalt ausgebildeten Spaltes vorgesehen, um die Spaltgröße an die individuellen Gegebenheiten anpassen und somit eine Minimierung der Schallemission erreichen zu können.
-
Wie bereits eingangs erwähnt, ist es besonders bevorzugt und weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass der Spalt, dessen maximale Spaltgröße selbstverständlich geringer ist als der freie Strömungsquerschnitt des Ringraums, derart angeordnet ist, dass das durch den Einlass in den Ringraum einströmende im Ringraum zunächst entgegen einer Hauptströmungsrichtung des Abgases in dem Hauptströmungskanal der Abgas-Rohreinheit, welcher bevorzugt von dem Ringraum umgeben ist, insbesondere axial, in Richtung des Spaltes strömen muss und nach Passieren des Spaltes in der Hauptströmungsrichtung im Hauptströmungskanal weiterströmt. Anders ausgedrückt wird die Strömungsrichtung des Abgases beim Passieren des Spaltes um 180° umgelenkt, was überraschend erheblich zur Schallemissionsminimierung beiträgt.
-
Im Hinblick auf die Ausbildung der Mittel zum Einstellen bzw. zur Individualisierung der Spaltgröße gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So kann die Spaltgröße je nach Ausgestaltung der Mittel in Stufen, beispielsweise über einen Rastmechanismus oder stufenlos eingestellt werden, wobei eine stufenlose Einstellung bevorzugt ist. Letztere Einstellmöglichkeit kann beispielsweise und in bevorzugter Weise dadurch realisiert werden, dass eine über eine Gewindepaarung verstellbare Blende, bevorzugt innerhalb der Abgas-Rohreinheit versehen ist, wobei die Blende relativ zu einem Rohrkörper der Abgas-Rohreinheit verdrehbar und dadurch axial verstellbar ist. Die Blende weist zu diesem Zweck bevorzugt ein Außengewinde auf, was mit einem Innengewinde des Rohrkörpers in Wechselwirkung tritt.
-
Insbesondere für den Fall, dass an der Abgas-Rohreinheit bzw. an einer weiteren, im Rohrsystem vorgesehenen Abgas-Rohreinheit ein weiterer Abgaserzeuger, insbesondere ein BHKW anschließbar ist, dessen Abgas durch die erfindungsgemäße Rohreinheit und dort insbesondere durch den Hauptströmungskanal strömt, ist vorgesehen, die Blende zur Einstellung der Spaltgröße als Ringelement mit, bevorzugt zentrischer, Durchgangsöffnung, auszubilden, so dass das durch den, bevorzugt als Ringspalt ausgebildeten Spalt zu dem bereits im Hauptströmungskanal strömenden Abgasstrom mindestens eines weiteren Abgaserzeugers hinzuströmen kann. Bevorzugt entspricht der minimale Durchmesser der Durchgangsöffnung zumindest näherungsweise dem Innendurchmesser des Hauptströmungskanals in einem Bereich radial innerhalb des Ringraums. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich der Strömungsquerschnitt im Bereich der Blende verengt. Anders ausgedrückt verjüngt sich weiterbildungsgemäß die Durchgangsöffnung in Strömungsrichtung. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist keine Durchgangsöffnung vorgesehen – in diesem Fall ist die Blende bevorzugt scheibenartig ausgebildet und verschließt, insbesondere gasdicht, die Abgas-Rohreinheit entgegen der Hauptströmungsrichtung des Abgases im Hauptströmungskanal.
-
Konstruktiv besonders vorteilhaft ist es, den Ringraum, in welchen das Abgas durch den Einlassstutzen einströmt in einem radial inneren Bereich von einer, bevorzugt zylindrischen Innenwand zu begrenzen, die noch weiter bevorzugt konzentrisch zu einer Längsmittelachse der Abgas-Rohreinheit angeordnet ist. Wobei die Innenwand mit ihrem Außenumfang den Ringraum und mit ihrem Innenumfang den Hauptströmungskanal begrenzt.
-
Um eine weitere optimierte (reduzierte) Schallemission zu erzielen, ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass ein den Spalt begrenzendes, bevorzugt freies und noch weiter bevorzugt entgegen der Hauptströmungsrichtung des Abgases im Hauptströmungskanal gerichtetes Ende der Innenwandung gerundet ausgebildet ist, wobei es noch weiter bevorzugt ist, wenn dieses Ende im Vergleich zur Wandstärke der Innenwand in einem axial beabstandeten Bereich verdickt ist und noch weiter bevorzugt als verdickte Ringwulst ausgebildet ist, wobei die Krümmung ein Abreißen des Abgasstroms verhindert und zu einer Laminarisierung beiträgt.
-
Eine weitere Reduktion der Schallemission kann dadurch erreicht werden, dass der Hauptströmungskanal, insbesondere in einem axial zu dem Ringraum benachbarten Bereich als Difusor ausgebildet ist, was wiederum dadurch erreicht werden kann, dass der Strömungsquerschnitt des Hauptströmungskanals, bevorzugt stetig zunimmt. Hierzu kann der Innenumfang innen-konisch ausgebildet sein.
-
Insbesondere in Kombination mit dem erfindungsgemäßen einstellbaren Spalts, können durch das Vorsehen des Difusorabschnittes besonders gute Schallreduktionsergebnisse erzielt werden.
-
Im Hinblick auf eine optimale Schallemissionsminimierung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die bevorzugt mehrteilige Abgas-Rohreinheit, bevorzugt ausschließlich, aus Kunststoffbauteilen, insbesondere Spritzgussbauteilen, auszubilden. Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine dreiteilige Ausbildung mit einem den vorerwähnten Difusorabschnitt aufweisenden, bevorzugt einteiligen Spritzgussteil, einem den Einlassstutzen und eine Innenwandung zur Begrenzung des Ringraums aufweisenden, bevorzugt einteiligen Spritzgussteil und einem Blendenteil, welches bevorzugt innerhalb des den Einlass aufweisenden Teils verstellbar gehalten ist.
-
Im Hinblick auf die Dimensionierung der Abgas-Rohreinheit für ein Blockheizkraftwerk hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der minimale Innendurchmesser des im Querschnitt bevorzugt kreisförmigen Hauptströmungskanals größer ist, bevorzugt deutlich größer ist als 25 mm, insbesondere größer ist als 40 mm, noch weiter bevorzugt größer ist als 50 mm. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Durchmesser 60 mm, wobei auch insbesondere für Anlagen mit großen und/oder mehreren Blockheizkraftwerken größere Durchmesser realisierbar sind.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine Blockheizkraftanlage zur Gewinnung elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie, umfassend mindestens ein Blockheizkraftwerk sowie ein Abgasrohrsystem, welches mindestens eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Abgas-Rohreinheit umfasst, welches derart angeordnet ist, dass das Abgas aus dem Blockheizkraftwerk über den Einlassstutzen der Abgas-Rohreinheit in deren Ringraum und von dort aus über dem bevorzugt als Ringspalt ausgebildeten Spalt in den Hauptströmungskanal der Abgas-Rohreinheit strömen kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Abgas-Rohreinheit,
-
2 eine längsgeschnittene Ansicht der Abgas-Rohreinheit und
-
3 lediglich schematisch den Aufbau einer Blockheizkraftanlage mit Blockheizkraftwerk und Abgasrohrsystem.
-
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist in einer perspektivischen Außenansicht eine Abgas-Rohreinheit gezeigt. Die Abgas-Rohreinheit 1 umfasst einen mantelseitig eines (Haupt-)Rohrkörpers 2 angeordneten Einlassstutzen 3, durch den Abgas einströmen kann. Innerhalb der Abgas-Rohreinheit 1 wird der Abgasstrom mehrfach umgelenkt und kann die Abgas-Rohreinheit 1, genauer einen Hauptströmungskanal in einer Hauptströmungsrichtung 4 verlassen.
-
3 zeigt die Anordnung einer Abgas-Rohreinheit 1 in einer Blockheizkraftanlage 5, umfassend ein Blockheizkraftwerk (BHKW) 6, welches über ein Rohr 7 an den Einlassstutzen 3 der Abgas-Rohreinheit 1 angeschlossen ist. Je nach Ausgestaltung einer später noch zu erläuternden Blende 8 durchströmt die Abgas-Rohreinheit 1 entweder ausschließlich nur das Abgas des einen BHKWs 6 oder alternativ wie durch einen Teil 9 angedeutet, bei durchgängiger Blende 8, Abgase weiterer BHKWs.
-
Eine bevorzugte Ausführung einer Abgas-Rohreinheit 1 ist der Schnittdarstellung gemäß 2 zu entnehmen, wobei die gezeigte technische Zeichnung zur Herstellung von wesentlichen Komponenten der Abgas-Rohreinheit durch spanende Bearbeitung dient. Bevorzugt ist eine nicht im Detail gezeigte Ausführung der Abgas-Rohreinheit 1 aus Kunststoffspritzgussteilen. Dies wird an entsprechender Stelle noch erläutert. Jedenfalls umfasst die Abgas-Rohreinheit 1 einen (Haupt-)Rohrkörper 2, an dem mantelseitig ein Einlassstutzen 3 zum Anschluss an ein BHKW vorgesehen ist. Durch den Einlass 3 kann das Abgas in das Innere des Rohrkörpers 2 genauer in einem dort ausgebildeten Ringraum 10 strömen, der radial innen von einer zylindrischen Innenwand 11 begrenzt ist, die in ihrem Inneren wiederum einen Hauptströmungskanal 12 begrenzt, dessen minimaler Durchmesser in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 60 mm beträgt.
-
Das in den Ringraum 10 einströmende Abgas kann nicht unmittelbar in der Zeichnungsebene nach oben strömen, da der Ringraum 10 ausschließlich in einer entgegen der Hauptströmungsrichtung 4 im Hauptströmungskanal 12 abgwandten Richtung geöffnet ist, so dass das Abgas zunächst in der Zeichnungsebene nach unten in Richtung eines als Ringspalt ausgebildeten Spaltes 13 strömt. Der Spalt 13 stellt die Verbindung zwischen dem Ringraum 10 und dem Hauptströmungskanal 12 dar, so dass das Abgas von seiner ursprünglichen Strömungsrichtung in der Zeichnungsebene nach unten um 180° umgelenkt wird und im Hauptströmungskanal 12 in der Hauptströmungsrichtung 4 weiterströmt.
-
Der Spalt 13 wird einends begrenzt von einer Blende 15, welche in unterschiedlichen Axialabständen zu einem unteren, den Spalt 13 begrenzenden Ende der Innenwand 11 verstellbar ist, insbesondere in dem ein Außengewinde der Blende 15 mit einem Innengewinde des Rohrkörpers 2 in Wechselwirkung tritt (nicht gezeigt).
-
Wie sich aus 2 ergibt, ist das Ende 16 der Wandung wulstartig verbreitert und mit einer Rundung 17 versehen, um Strömungsabrisse zu verhindern und hierdurch die Schallemission zu minimieren.
-
Wie 2 weiter zu entnehmen ist, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Blende 15 mit einer zentrischen Durchgangsöffnung 18 versehen, die sich hin zur Innenwandung 11 beispielhaft konisch verjüngt und zwar zumindest näherungsweise auf den Innendurchmesser des Hauptströmungskanals 12. Durch die Durchgangsöffnung 18 können in der Hauptströmungsrichtung 4 Abgase weiterer angeschlossener BHKWs strömen, denen bevorzugt jeweils eine eigene, nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Abgas-Rohreinheit im Rohrsystem zugeordnet ist. Alternativ kann die Blende 15 auch als geschlossene Scheibe vorgesehen werden (nicht gezeigt). Wesentlich ist die axiale Verstellbarkeit relativ zu dem Ende 16 der Innenwandung 11 um somit die Spaltbreite bzw. den Spaltquerschnitt einstellen bzw. an diejenigen Bedürfnisse anpassen zu können.
-
Das innerhalb der Innenwandung 11, d.h. im Hauptströmungskanal 12 in der Hauptströmungsrichtung 4 strömende Abgas gelangt nach axialem Passieren der Innenwand 11 in einen Difusorabschnitt 19 der Abgas-Rohreinheit in dem sich der Querschnitt, d.h. der Innendurchmesser des Hauptströmungskanals 12 in der Hauptströmungsrichtung 4 verbreitert und dadurch die Geschwindigkeit des Abgasstroms senkt.
-
Wie eingangs erläutert, dient die gezeigte Konstruktionszeichnung zur Herstellung einer Abgas-Rohreinheit 1 durch spanende Bearbeitung. Bevorzugt ist eine Ausführungsform aus Kunststoffspritzgussteilen. Hierzu kann die Blende 15 als separates Bauteil ausgebildet werden und ein unterer Rohrabschnitt des Rohrkörpers bevorzugt zusammen, d.h. einteilig mit dem Einlassstutzen 3 und der Innenwandung 11 sowie von deren radialer Anbindung 20 an dem Rohrkörper in einem axial von dem Spalt 13 beabstandeten Bereich. Wichtig ist hier dass die Anbindung 20 den Ringraum abschließt bzw. abdichtet in einem axial von dem Spalt 13 beabstandten Bereich, so dass sämtliches in den Ringraum 10 einströmendes Abgas gezwungen ist, den Spalt 13 zu passieren.
-
Als drittes Bauteil ist der obere Teil des Rohrkörpers 2 zusammen mit dem Difusorabschnitt 19 realisierbar, also als Rohr mit einem sich verändernden Innenquerschnitt. Oberer und unterer Rohkörperteil können beispielsweise über eine Muffenverbindung oder sonstige Steckverbindung passgenau ineinander gesteckt werden, so dass ein durchgängiger Abgasstrom gewährleistet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abgas-Rohreinheit
- 2
- Rohrkörper
- 3
- Einlassstutzen
- 4
- Hauptströmungsrichtung
- 5
- Blockheizkraftanlage
- 6
- BHKW
- 7
- Rohr
- 8
- Blende
- 9
- Teil
- 10
- Ringraum
- 11
- Innenwandung
- 12
- Haupströmungskanal
- 13
- Spalt
- 15
- Blende
- 16
- Ende
- 17
- Rundung
- 18
- Durchgangsöffnung
- 19
- Difusorabschnitt
- 20
- Anbindung
