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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verdampfen von Flüssiggas zur Bereitstellung von Brenngas für einen Motor, mit einer Brenngas-Zuführungsleitung, die einen Flüssiggastank mit dem Motor verbindet, einem Verdampfer, der in der Brenngas-Zuführungsleitung angeordnet ist und in dem das Flüssiggas verdampft wird, und mit einem Wärmeträger-Kreislauf, der an den Verdampfer angeschlossen ist und einen Wärmetauscher aufweist, der seinerseits an einen Kühlmittel-Kreislauf angeschlossen ist, und in Strömungsrichtung des Wärmeträgers danach eine weitere Wärmeübertragungseinrichtung aufweist, die weitere Wärme in den Wärmeträger-Kreislauf bringt.
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Eine solche Anordnung ist aus der
WO 2007/074210 A1 bekannt. Diese Anordnung weist einen zweiten Wärmetauscher auf, der in Wärmeaustauschverbindung mit einer Wärmequelle niedrigen Temperaturniveaus, wie Meerwasser, steht.
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Nach dem Verdampfer wird das verdampfte Flüssiggas, das nunmehr als Brenngas bezeichnet wird, vor Eintritt in den Motor mittels eines Gas-Überhitzers auf die für den Motor erforderliche Endtemperatur erwärmt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Aufwand für die Erwärmung des Brenngases auf die für den Motor erforderliche Temperatur zu senken.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Anordnung der eingangs genannten Art die weitere Wärmeübertragungseinrichtung eine Hochtemperatur-Heizeinrichtung ist, die zu ihrer Versorgung mit Wärme mit einem Aggregat in Wärmeübertragungsverbindung steht, in dessen Betriebszustand Abwärme anfällt.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann auf äußerst wirtschaftliche Weise das Brenngas auf die für den Motor erforderliche Endtemperatur erwärmt werden. Dadurch, dass der Wärmeträger vor seinem Eintritt in den Verdampfer eine Hochtemperatur-Heizeinrichtung durchläuft, die den Wärmeträger mittels Abwärme aus einem an die Hochtemperatur-Heizeinrichtung angeschlossenen Aggregat aufheizt, tritt zum einen der Wärmeträger mit einer relativ hohen Temperatur in den Verdampfer ein, wodurch wiederum das verdampfte Flüssiggas auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, sodass für die nach dem Verdampfer noch erforderliche Resterwärmung auf die für den Motor erforderliche Endtemperatur weniger Energie benötigt wird. Zum anderen ist durch die Nutzung ohnehin vorhandener Abwärme eine zusätzliche Erzeugung von Wärmeenergie für die Hochtemperatur-Heizeinrichtung nicht erforderlich und wird gleichzeitig die Kühlung der Aggregate vereinfacht, da das Kühlsystem der Aggregate nur noch für die Restkühlung ausgelegt werden muss. Darüber hinaus werden durch Nutzung von bei Aggregaten anfallender Abwärme statt der im Stand der Technik vorgeschlagenen Nutzung der Wärme des Meerwassers die Anforderungen an das zu verwendende Material erheblich gesenkt, denn Meerwasser ist sehr aggressiv. Während im Stand der Technik meer- bzw. seewasserresistente Spezialmaterialien eingesetzt werden müssen, beispielsweise besonders hochwertige Spezialstähle, wie Titanlegierungen, genügen bei der erfindungsgemäßen Lösung normale Edelstähle zur Herstellung der Wärmeübertragungsverbindung zwischen Aggregat und Hochtemperatur-Heizeinrichtung. Auf diese Weise wird durch die Integration ohnehin vorhandener Abwärme nicht nur der Wärmeträger auf eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhte Wärmeträger-Temperatur erwärmt und damit der notwendige Gesamtbedarf an zusätzlicher Energie - wie für den Gas-Überhitzer - zur Erwärmung des Brenngases auf die für den Motor erforderliche Temperatur beträchtlich gesenkt. Es werden auch gleichzeitig der Aufwand für die Kühlung der Aggregate verringert und die Anforderungen an das einzusetzende Material reduziert.
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Bevorzugt ist die Hochtemperatur-Heizeinrichtung zu ihrer Versorgung mit Wärme an einen Kühlwasser-Kreislauf angeschlossen, an den auch das Aggregat angeschlossen ist. Hierdurch kann auf konstruktiv relativ einfache Weise die Abwärme des Aggregats zur Hochtemperatur-Heizeinrichtung gebracht werden und das Aggregat wieder mit abgekühltem Kühlwasser versorgt werden. Zudem ist Kühlwasser weitaus weniger aggressiv als Meerwasser, sodass hier äußerst kostengünstige Stähle verwendet werden können.
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Vorteilhafterweise beträgt die Temperatur der Abwärme mindestens 20° C, bevorzugt mindestens 30° C und besonders bevorzugt mindestens 35° C. Mit diesen Temperaturen kann der Wärmeträger auf eine Temperatur erwärmt werden, mit der er seinerseits im Verdampfer das Brenngas auf eine Temperatur erwärmt, die relativ nahe an der Endtemperatur des Brenngases liegt, die für den Motor erforderlich ist.
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In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung sind der Teil des Kühlmittel-Kreislaufes, der auch Teil des Wärmetauschers ist, und Heizelemente der Hochtemperatur-Heizeinrichtung in einem gemeinsamen Wärmeträgerraum angeordnet und werden dort von dem Wärmeträger umströmt. Mit diesen Maßnahmen wird eine konstruktiv einfache, kostengünstige Ausbildung der Erfindung ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hochtemperatur-Heizeinrichtung dazu ausgelegt, den Wärmeträger soweit aufzuheizen, dass das Brenngas aus dem Verdampfer mit der für den Motor erforderlichen Endtemperatur austritt. In diesem Fall ist nach dem Verdampfer eine Resterwärmung nicht mehr erforderlich, da das Brenngas bereits die für den Motor erforderliche Endtemperatur aufweist.
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Bevorzugt ist an den Kühlmittel-Kreislauf eine Klimaanlage angeschlossen. Mit dieser Maßnahme kann das Kühlmittel für eine Klimaanlage auf kostengünstige Weise heruntergekühlt werden.
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Bevorzugt ist das Aggregat eine Verbrennungsmaschine, z. B. eine Dieselmaschine, zum Antrieb eines Generators. Die Temperatur im Kühlwasser-Kreislauf solcher Verbrennungsmaschinen, insbesondere einer Dieselmaschine, kann im Bereich von 20° C bis 95° C liegen, sodass der Hochtemperatur-Heizeinrichtung Abwärme mit ausreichend hohen Temperaturen zugeführt werden kann.
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Vorzugsweise ist der Motor ein Schiffsmotor. Insbesondere ist eine erfindungsgemäße Anordnung für Passagierschiffe interessant. Auf diesen besteht ein großer Bedarf an Generatoren zur Stromerzeugung und daher fallen große Mengen an Abwärme an.
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Zur Erfindung gehört auch ein Schiff mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Fließbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
- 2 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung und
- 3 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 weisen eine Brenngas-Zuführungsleitung 2, einen Verdampfer 3, einen Wärmeträger-Kreislauf 4, einen Wärmetauscher 5, einen Kühlmittel-Kreislauf 6, eine Hochtemperatur-Heizeinrichtung 7 sowie eine Wärmeübertragungsverbindung 8 von der Hochtemperatur-Heizeinrichtung 7 zu einem (nicht dargestellten) Aggregat auf.
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Wie in 1 dargestellt ist, tritt das Flüssiggas 9 in den Verdampfer 3 ein, aus dem es im verdampften Zustand - nunmehr als Brenngas 9a bezeichnet - austritt. Vor seinem Eintritt in einen (nicht dargestellten) Motor wird das Brenngas 9a in einem (ebenfalls nicht dargestellten) Gas-Überhitzer auf die für den Motor notwendige Endtemperatur aufgeheizt.
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Der Verdampfer 3 ist an den Wärmeträger-Kreislauf 4 angeschlossen, der in Strömungsrichtung des Wärmeträgers 10 zunächst den Wärmetauscher 5 aufweist, der seinerseits an den Kühlmittel-Kreislauf 6 angeschlossen ist.
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An den Kühlmittel-Kreislauf 6 wiederum kann beispielsweise eine Klimaanlage angeschlossen sein oder Einrichtungen, die kühl gehalten werden müssen, wie z. B. Lagerräume für Lebensmittel.
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In dem Wärmetauscher 5 gibt der abgekühlte, vom Verdampfer 3 kommende Wärmeträger 10 Kälte an das erwärmte, von der Klimaanlage und/oder einer Kühleinrichtung kommende Kühlmittel 11 ab und wird dadurch in einem ersten Schritt erwärmt.
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Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter dem Abkühlen des Wärmeträgers 10 auch dessen Kondensation und unter dem Erwärmen des Wärmeträgers 10 auch dessen Verdampfen verstanden, auch wenn der Wechsel der Aggregatszustände nur innerhalb eines schmalen Temperaturbereiches von beispielsweise 5° C erfolgt.
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In Strömungsrichtung des Wärmeträgers 10 nach diesem Wärmetauscher 5 ist die Hochtemperatur-Heizeinrichtung 7 angeordnet, die ihrerseits an ein (nicht dargestelltes) Aggregat angeschlossen ist, bei dem Abwärme anfällt und das in Wärmeübertragungsverbindung 8 mit der Hochtemperatur-Heizeinrichtung 7 steht. Das Aggregat kann zum Beispiel eine Dieselmaschine sein, die einen Generator antreibt. Das Kühlwasser 12 der Dieselmaschine wird im Kreis 13 über die Hochtemperatur-Heizeinrichtung 7 geleitet, wobei die Temperatur des von der Dieselmaschine kommenden Kühlwassers 12 mindestens 20° C und bevorzugt 30° C und besonders bevorzugt üblicherweise 35° C bis 45° C beträgt.
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Die 2 und 3 zeigen schematisch zwei mögliche konstruktive Ausbildungen 20, 60 einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Der Verdampfer 3 ist bei beiden konstruktiven Ausbildungen 20, 60 oberhalb eines Wärmetauschapparates 21 angeordnet und steht mit diesem 21 über den Wärmeträger-Kreislauf 4 in Wärmeübertragungsverbindung.
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Wie in 2 dargestellt ist, weist der Verdampfer 3 einen Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 auf, der horizontal länglich ausgebildet ist, in Umfangsrichtung von einem Verdampfer-Mantel 23 umschlossen ist und an seinen Längsenden von Verdampfer-Trennplatten 24, 25 begrenzt ist, die mit dem Verdampfer-Mantel 23 dicht verschweißt sind.
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In 2 auf der linken Seite wird die Verdampfer-Trennplatte 24 von einer Flüssiggas-Eintrittshaube 26 überspannt, die einen Flüssiggas-Eintrittsstutzen 27 aufweist, in den das Flüssiggas 9 eintritt.
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Auf der in 2 rechten Seite wird die Verdampfer-Trennplatte 25 von einer Brenngas-Austrittshaube 28 überspannt, die einen Brenngas-Austrittsstutzen 29 aufweist, aus dem das verdampfte Flüssiggas - nunmehr als Brenngas 9a bezeichnet - austritt.
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In dem Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 ist eine Rohrleitung 30 angeordnet, deren Eintrittsende 31 durch die eintrittsseitige Verdampfer-Trennplatte 24 hindurch in die Flüssiggas-Eintrittshaube 26 mündet. Das Austrittsende 32 dieser Rohrleitung 30 mündet durch die austrittsseitige Verdampfer-Trennplatte 25 hindurch in die Brenngas-Austrittshaube 28.
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In dem Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 wird die Rohrleitung 30 von dem Wärmeträger 10 umströmt.
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Statt einer Rohrleitung 30 (bzw. eines Rohrbündels) können auch andere Wärmetauschelemente eingesetzt werden, z. B. ein Plattenpaket.
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Der Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 weist zudem auf seiner Oberseite einen Einfüllstutzen 33 für den Wärmeträger 10 und einen Entlüftungsstutzen 34 auf.
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Der Wärmetauschapparat 21 weist ebenfalls einen Wärmeträgerraum 35 auf, der in horizontaler Richtung länglich ausgebildet ist, in Umfangsrichtung von einem Mantel 36 umschlossen ist und an seinen beiden Längsenden von jeweils einer Trennplatte 37, 38 begrenzt ist, die mit dem Mantel 36 dicht verschweißt ist.
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Die Trennplatten 37, 38 werden jeweils von einer Haube 39, 40 überspannt, deren jeweiliger Innenraum wiederum durch eine Horizontalplatte 41, 42 in zwei Kammern 43, 44, 45, 46 getrennt ist.
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Auf der in 2 linken Seite sind dies eine Eintritts- und eine Austrittskammer 43, 44 für das Kühlmittel 11 aus dem Kühlmittelkreislauf 6.
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Auf der in 2 rechten Seite sind dies eine Eintritts- und eine Austrittskammer 45, 46 für das Kühlwasser 12 aus dem Kühlwasser-Kreislauf 13.
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Der die Kühlwasser-Eintrittskammer 45 überdeckende Haubenabschnitt weist einen Kühlwasser-Eintrittsstutzen 49 auf zum Anschluss an die Kühlwasser-Zuführung.
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Der die Kühlwasser-Austrittskammer 46 überspannende Haubenabschnitt weist einen Kühlwasser-Austrittsstutzen 50 auf, der an die Kühlwasser-Abführungsleitung anschließbar ist.
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In ähnlicher Weise weist auch die die Kühlmittel-Eintrittskammer 43 und -Austrittskammer 44 überspannende Haube 39 einen Kühlmittel-Eintrittsstutzen 47 und einen Kühlmittel-Austrittsstutzen 48 auf, die an die Kühlmittel-Zuführungsleitung bzw. -Abführungsleitung anschließbar sind.
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In dem Wärmeträgerraum 35 des Wärmetauschapparates 21 sind sowohl Kühlmittelrohre 51 des Kühlmittel-Kreislaufes 6 als auch Heizrohre 52 der Hochtemperatur-Heizeinrichtung 7 - d. h. Kühlwasserrohre eines Kühlwasser-Kreislaufes 13 - angeordnet und werden dort von dem Wärmeträger 10 umströmt. Der Kühlwasser-Kreislauf 13 kann beispielsweise der einer Dieselmaschine sein und die Abwärme der Dieselmaschine über die Heizrohre 52 dem Wärmeträger 10 zuführen.
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Die Heizrohre 52 sind an ein Kühlwasser-Eintrittsrohr 53 und an ein Kühlwasser-Austrittsrohr 54 angeschlossen, die die kühlwasserseitige Trennplatte 38 durchlaufen und in die Kühlwasser-Eintrittskammer 45 bzw. Kühlwasser-Austrittskammer 46 münden.
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Ebenso sind die Kühlmittelrohre 51 an ein Kühlmittel-Eintrittsrohr 55 und an ein Kühlmittel-Austrittsrohr 56 angeschlossen, die die kühlmittelseitige Trennplatte 37 durchlaufen und in die Kühlmittel-Eintrittskammer 43 bzw. Kühlmittel-Austrittskammer 44 münden.
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Wie für die Rohrleitung 30 im Verdampfer 3 können auch für die Heizrohre 52 einschließlich Kühlwasser-Eintrittsrohr 53 und -Austrittsrohr 54 (bzw. für ein entsprechendes Rohrbündel) oder für die Kühlmittelrohre 51 einschließlich Kühlmittel-Eintrittsrohr 55 und -Austrittsrohr 56 (bzw. für ein entsprechendes Rohrbündel) andere Wärmetauschelemente eingesetzt werden, z. B. jeweils ein Plattenpaket.
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Auf seiner Unterseite weist der Wärmetauschapparat 21 einen Wärmeträger-Entleerungsstutzen 57 auf.
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Der Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 ist mit dem für Kühlmittelrohre 51 und Heizrohre 52 gemeinsamen Wärmeträgerraum 35 des Wärmetauschapparates 21 in dem Wärmeträger-Kreislauf 4 verbunden. Dabei wird dem Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 erwärmter Wärmeträger 10a zugeführt, mittels dem das Flüssiggas 9 verdampft wird, und nach dem Verdampfen aus dem Verdampfer-Wärmeträgerraum 22 abgekühlter Wärmeträger 10b in den gemeinsamen Wärmeträgerraum 35 des Wärmetauschapparates 21 zurückgeführt. Der abgekühlte Wärmeträger kann auch kondensiert sein.
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Dabei sind in der in 2 dargestellten Ausführungsform die Oberseite 58 des Wärmeträgerraums 35 des Wärmetauschapparates 21 und die Unterseite 59 des Verdampfer-Wärmeträgerraums 22 in dem Wärmeträger-Kreislauf 4 miteinander verbunden, sodass erwärmter Wärmeträger 10a von der Oberseite 58 des Wärmetauschapparates 21 der Unterseite 59 des Verdampfers 3 und abgekühlter Wärmeträger 10b von der Unterseite 59 des Verdampfers 3 der Oberseite 58 des Wärmetauschapparates 21 zugeführt wird.
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In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Oberseite 58 des Wärmeträgerraums 35 des Wärmetauschapparates 21 mit der Oberseite 61 des Verdampfer-Wärmeträgerraums 22 sowie die Unterseite 59 des Verdampfer-Wärmeträgerraums 22 mit der Unterseite 62 des Wärmeträgerraums 35 des Wärmetauschapparates 21 verbunden, sodass erwärmter Wärmeträger 10a von der Oberseite 58 des Wärmetauschapparates 21 der Oberseite 61 des Verdampfers 3 und abgekühlter Wärmeträger 10b von der Unterseite 59 des Verdampfers 3 der Unterseite 62 des Wärmetauschapparates 21 zugeführt wird.
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im übrigen ist der in 3 angedeutete Verdampfer 3 und Wärmetauschapparat 21 identisch mit dem in 2 dargestellten Verdampfer 3 und Wärmetauschapparat 21.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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