DE202017107002U1

DE202017107002U1 - Blockheizkraftwerk

Info

Publication number: DE202017107002U1
Application number: DE202017107002.6U
Authority: DE
Original assignee: BDR Thermea Group BV
Current assignee: BDR Thermea Group BV
Priority date: 2017-11-18
Filing date: 2017-11-18
Publication date: 2019-02-19
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: DE102018128767A1

Abstract

Blockheizkraftwerk mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem von der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen Generator (2) zur Erzeugung von elektrischem Strom, mit einem primären Kreislauf für Kühlwasser der Brennkraftmaschine (1) und mit einem Frequenzumrichter (22) zur elektrischen Anbindung des Generators (2) an ein externes Stromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (22) eine Wasserkühlung (23) hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Blockheizkraftwerk mit einer Brennkraftmaschine und einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, mit einem primären Kreislauf für Kühlwasser der Brennkraftmaschine und mit einem Frequenzumrichter zur elektrischen Anbindung des Generators an ein externes Stromnetz.
Ein solches Blockheizkraftwerk ist beispielsweise in der DE 10 2008 0453 09 offenbart. Dieses Blockheizkraftwerk hat elektronische Bauteile zur Umwandlung von Strom aus dem Generator in Netzstrom. Der Generator kann zudem mittels einer Steuerelektronik durch Netzstrom motorisch betrieben werden, bis die Steuerelektronik einen Betrieb der Brennkraftmaschine erfasst. Der Frequenzumrichter wandelt Wechselspannung des Generators in eine Gleichspannung um. Der von dem Frequenzumrichter umgewandelte Strom wird einer Rückspeiseeinheit zugeführt, die zur Rückspeisung des Stroms in ein öffentliches Stromnetz dient.
Die hierbei verwendeten Frequenzumrichter weisen Leistungsbauteile auf, welche im Betrieb einen Teil der elektrischen Energie in Wärme abgeben. Die hohe Wärmeentwicklung beeinträchtigt die Funktion und die Zuverlässigkeit von elektronischen Bauteilen. Daher werden solche Frequenzumrichter meist von den übrigen Bauteilen des Blockheizkraftwerks räumlich getrennt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Blockheizkraftwerk der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass ein dauerhafter Betrieb des Frequenzumrichters zuverlässig gewährleistet ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Frequenzumrichter eine Wasserkühlung hat.
Durch diese Gestaltung wird von dem Frequenzumrichter erzeugte Wärme zuverlässig abgeführt. Da eine solche Wasserkühlung die Wärme zuverlässig abzuführen vermag, wird ein dauerhafter Betrieb des Frequenzumrichters zuverlässig gewährleistet.
Die Nutzung der von dem Frequenzumrichter in Wärmeenergie umgesetzten elektrischen Energie gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die Wasserkühlung des Frequenzumrichters an dem primären Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Durch diese Gestaltung wird die Abwärme des Frequenzumrichters genutzt und der von dem Blockheizkraftwerk abgegebenen Heizenergie zugeführt. Dies trägt zu einem besonders hohen Gesamtnutzungsgrad des Blockheizkraftwerkes bei.
Die Wasserkühlung für die eine besonders große Wärmeproduktion aufweisenden Bauteile des Frequenzumrichters gestaltet sich konstruktiv besonders einfach, wenn die Wasserkühlung einen elektronische Leistungsbauteile des Frequenzumrichters umschließenden Leichtmetallgusskörper hat. Solche Leistungsbauteile erreichen im Betrieb sehr hohe Temperaturen. Die Wasserkühlung führt zu einem erhöhten Wirkungsgrad der elektronischen Leistungsbauteile und zudem dazu, dass wärmeempfindliche elektronische Bauteile vor der Wärmeentwicklung der Leistungsbauteile geschützt sind.
Zur weiteren Erhöhung des Schutzes von wärmeempfindlichen Bauteilen vor der Wärmeentwicklung der Leistungsbauteile trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn zumindest eines der Bauteile des Frequenzumrichter oder des Elektronikmoduls eine Platine mit elektronischen Bauteilen hat und wenn zwischen den Leistungsbauteilen und der Platine eine thermische Trennwand angeordnet ist. Die Trennwand dient als thermische Isolation und als Abstandhalter der Platine von den Leistungsbauteilen. Damit lassen sich die Leistungsbauteile durch die Trennwand mit der Platine elektrisch verbinden ohne dass die Platine von den Leistungsbauteilen aufgeheizt wird. Die auf der von den Leistungsbauteilen abgewandten Seite der Trennwand angeordneten elektronischen Bauteile werden vorzugsweise mit Luft aus der Umgebung gekühlt. Hierzu kann ein Gebläse eingesetzt werden.
Die Wasserkühlung könnte beispielsweise auf dem Leichtmetallgusskörper aufgebracht werden. Dies führt jedoch zu einer Beeinträchtigung der Wärmeabfuhr. Eine besonders zuverlässige und reproduzierbare Wärmeabfuhr von dem Leichtmetallgusskörper lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreichen, wenn der Leichtmetallgusskörper einen Wasserkanal umschließt.
Undichtigkeiten der Wasserkühlung des Frequenzumrichters lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn der Leichtmetallgusskörper ein den Wasserkanal aufweisendes Kupferrohr umschließt und wenn das Kupferrohr Anschlüsse zur Einbindung in den primären Kreislauf des Kühlwassers hat. Das Kupferrohr stellt eine hohe Wärmeleitfähigkeit von den Leistungsbauteilen zu dem Kühlwasser sicher was zu einer besonders hohen Effizienz bei der Nutzung der Wärmeenergie führt. Weiterhin werden hierdurch Korrosionsschäden zuverlässig verhindert.
Wärmeverluste in die Umgebung lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weitgehend vermeiden, wenn der Leichtmetallgusskörper von einem Dämmkörper gegenüber der Umgebung gekapselt ist.
Zur Steigerung der Integrationsdichte des Blockheizkraftwerkes trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn der Frequenzumrichter unterhalb einer die Brennkraftmaschine und den Generator abdeckenden Haube angeordnet ist. Durch diese Gestaltung sind der Frequenzumrichter, die Brennkraftmaschine und der Generator als bauliche Einheit ausgebildet.
Zur Verringerung des Wärmeeintrags auf den Frequenzumrichter trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn der Frequenzumrichter von der Brennkraftmaschine und dem Generator durch einen Zwischenträger räumlich getrennt ist.
Die Einbindung des Frequenzumrichters in das Blockheizkraftwerk gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn der Frequenzumrichter mit einem Elektronikmodul zur Steuerung und Überwachung des Blockheizkraftwerkes und zur Versorgung des Generators zum Antrieb der Brennkraftmaschine beim Start eine bauliche Einheit bildet. Durch diese Gestaltung werden zudem die konstruktiven Aufwendungen zur Kapselung und zur elektrischen Anbindung der elektronischen Bauteile des Generators, der Brennkraftmaschine und des Frequenzumrichters besonders gering gehalten.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

1 ein Blockheizkraftwerk in einer ersten perspektivischen Darstellung,
2 das Blockheizkraftwerk aus 1 in einer zweiten perspektivischen Darstellung,
3 ein Elektronikmodul mit dem Frequenzumrichter aus 1 vor der Montage,
4 stark vergrößert einen Leichtmetallgusskörper für eine Wasserkühlung des Frequenzumrichters aus 3.

1 zeigt ein Blockheizkraftwerk mit einer Brennkraftmaschine 1 und mit einem Generator 2. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit dem Generator 2 als fest verbundene Einheit gestaltet und über Dämpfungselemente 3 auf einem Zwischenträger 4 befestigt. Der Zwischenträger 4 stützt sich auf einem Rahmen 5 ab. Oberhalb der Brennkraftmaschine 1 stützt der Rahmen 5 einen Oberträger 6 ab. Der Rahmen 5 haltert ein Elektronikmodul 7 mit einem nicht in 3 dargestellten Frequenzumrichter 22 und ein Hydraulikmodul 8. Das Elektronikmodul 7 mit dem Frequenzumrichter 22 dient zum Anschluss des Generators 2 an ein nicht dargestelltes externes Stromnetz. Das Hydraulikmodul 8 dient zum Anschluss des Blockheizkraftwerkes an einen nicht dargestellten externen Heizkreislauf. Eine Haube, welche das Blockheizkraftwerk mit der Brennkraftmaschine 1, dem Generator 3 und dem Elektronikmodul 7 mit dem Frequenzumrichter 22 abdeckt, ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.
In 2 ist zudem in einer zweiten perspektivischen Darstellung des Blockheizkraftwerkes zu erkennen, dass der Rahmen 5 ein Anschlussmodul 9 mit einem Ausdehnungsbehälter 10 zum Anschluss an den Heizkreislauf haltert. Ein Gasstellmodul 11 zur Führung und Dosierung von Verbrennungsgas ist auf der Oberseite des Oberträgers 6 angeordnet. Weiterhin hat das Blockheizkraftwerk einen Abgasanschluss 12 zur Abführung des Abgases zu einem Schornstein. An dem Oberträger 6 ist zudem ein Ansauganschluss 13 zum Ansaugen von Verbrennungsluft angeordnet.
Der Rahmen 5 ist kastenförmig gestaltet und hat einen Flansch 14 zum Anschluss eines zu der Brennkraftmaschine 1 führenden Ansaugschlauchs 15. Das Blockheizkraftwerk hat einen primären Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgaswärmetauscher 16. Die Brennkraftmaschine 1 und der Abgaswärmetauscher 16 sind über Schlauchleitungen 17, 18 mit dem Hydraulikmodul 8 verbunden. Das Elektronikmodul 7 ist ebenfalls über Schlauchleitungen 19, 20 mit dem primären Kühlkreislauf verbunden.
3 zeigt die Bauteile des Elektronikmoduls 7 mit Leistungsbauteilen 21 des Frequenzumrichters 22 aus 1 vor der Montage. Die Leistungsbauteile 21 des Frequenzumrichters 22 sind mit einer Wasserkühlung 23 verbunden. Die Wasserkühlung 23 hat einen Leichtmetallgusskörper 24 mit einem darin angeordneten Wasserkanal 25. Der Leichtmetallgusskörper 24 ist über einen Dämmkörper 26 gegenüber der Umgebung gekapselt.
Das Elektronikmodul 7 und der Frequenzumrichter 22 haben eine gemeinsame Platine 27 mit darauf angeorneten elektronischen Bauteilen 28. Diese Platine 27 ist über eine thermische Trennwand 29 von den Leistungsbauteilen 21 des Frequenzumrichters 22 thermisch getrennt. Damit weisen die Leistungsbauteile 21 ausschließlich durch eine Kontaktierung eine Verbindung mit der Platine 27 auf. Die thermische Trennwand 29 sorgt für eine thermische Isolation der Platine 27 von den Leistungsbauteilen 21. Ein Blechgehäuse 30 dient im montierten Zustand zur Abdeckung der Platine 27 und kann einen nicht dargestellten Lüfter aufweisen.
4 zeigt den Leichtmetallgusskörper 24 der Wasserkühlung 23 des Frequenzumrichters 22 aus 3. Der in dem Leichtmetallgusskörper 24 angeordnete Wasserkanal 25 wird von einem von Leichtmetall des Leichtmetallgusskörpers 24 umgossenen Kupferrohr 31 begrenzt. Das Kupferrohr 31 hat Anschlüsse 32, 33 zum Anschluss der in 1 dargestellten Schlauchleitungen 19, 20 des primären Kreislaufs. Damit wird die Abwärme des Frequenzumrichters 22 über den primären Kreislauf dem Hydraulikmodul 8 zugeführt, von dem sie in einen externen Heizkreislauf eingespeist wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008045309 [0002]

Claims

Blockheizkraftwerk mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem von der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen Generator (2) zur Erzeugung von elektrischem Strom, mit einem primären Kreislauf für Kühlwasser der Brennkraftmaschine (1) und mit einem Frequenzumrichter (22) zur elektrischen Anbindung des Generators (2) an ein externes Stromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (22) eine Wasserkühlung (23) hat.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkühlung (23) des Frequenzumrichters (22) an dem primären Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (1) angeschlossen ist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkühlung (23) einen elektronische Leistungsbauteile (21) des Frequenzumrichters (22) umschließenden Leichtmetallgusskörper (24) hat.
Blockheizkraftwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile des Frequenzumrichter (22) oder des Elektronikmoduls (7) eine Platine (27) mit elektronischen Bauteilen (28) hat und dass zwischen den Leistungsbauteilen (21) und der Platine (27) eine thermische Trennwand (29) angeordnet ist.
Blockheizkraftwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtmetallgusskörper (24) einen Wasserkanal (25) umschließt.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtmetallgusskörper (24) ein den Wasserkanal (25) aufweisendes Kupferrohr (31) umschließt und dass das Kupferrohr (31) Anschlüsse (32, 33) zur Einbindung in den primären Kreislauf des Kühlwassers hat.
Blockheizkraftwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtmetallgusskörper (24) von einem Dämmkörper (26) gegenüber der Umgebung gekapselt ist.
Blockheizkraftwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (22) unterhalb einer die Brennkraftmaschine (1) und den Generator (2) abdeckenden Haube angeordnet ist.
Blockheizkraftwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (22) von der Brennkraftmaschine (1) und dem Generator (2) durch einen Zwischenträger (4) räumlich getrennt ist.
Blockheizkraftwerk nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (22) mit einem Elektronikmodul (7) zur Steuerung und Überwachung des Blockheizkraftwerkes und zur Versorgung des Generators (2) zum Antrieb der Brennkraftmaschine (1) beim Start eine bauliche Einheit bildet.