DE2710533A1

DE2710533A1 - Elektrische stromerzeugungsanlage

Info

Publication number: DE2710533A1
Application number: DE19772710533
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl Ing Rummel
Original assignee: MOTORHEIZUNG GmbH
Current assignee: MOTORHEIZUNG GmbH
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1978-09-14

Description

Elektrische Stromerzeugungsanlage.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Stromerzeugungsanlage mit einem einen Generator antreibenden Verbrennungs-Kolbenmotor.
Bekanntermaßen werden für kleinere Leistungen ausgelegte Notstromaggregate von Dieselmotoren angetrieben, welche für diesen Anwendungszweck und in diesem Leistungsbereich wegen ihrer Zuverlässigkeit und der vergleichsweise geringen Anlagekosten bevorzugt werden. Die reguläre Stromerzeugung durch Antrieb eines Generators mittels eines mit Dieselöl gespeisten Verbrennungs-Kolbenmotors verbieten zwar die Gesetze in der Bundesrepublik Deutschland, doch ist diese Art der Stromerzeugung in anderen Ländern statthaft. Auch zur Stromversorgung beispielsweise entlegener Baustellen kann eine Stromerzeugungsanlage mit einem 1 einen Generator antreibenden Verbrennungs-Kolbenmotor zweclcmäßig sein.
In bestimmten Fällen ist es wünschenswert, zusätzlich zu der elektrischen Leistung aucll einen bestimmten Anteil an Wirmeleistung erzeugen zu können, wobei sich selbstverständlich die Möglichkeit aubietet, eine elektrische Heizung an den Ausgang des Generators anzuschließen, doch wird hierdurch der Generator zusätzlich belastet und muß fiir größere Leistung ausgelegt werden und auch die Wellenleistung des Verbrennungs-Kolbenmotors muß entsprechend groß gewählt werden.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine elektrische Stromerzeugungsanlage so auszugestalten, daß von ihr zusätzlich zu der elektrischen Leistung auch ein Wärmeleistungsstrom abgezweigt werden kallll, wobei sich die Gesamtanlage durch vergleichsweise geringe Anlagekosten und hohe Lebensdauer auszeichnen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abgaskanal des Verbrennungs-Kolbenmotors mit einer Abgasturbine verbunden ist, welche unmittelbar mit einem Schraubenverdichter gekuppelt ist, der seinerseits in einem Wärmepumpenarbeitsmittelkreislauf liegt.
Man erkennt, daß die vorliegende Erfindung von dem Grundgedanken ausgeht, von dem Verbrennungs-Kolbenmotor die Antriebsleistung fiir den Verdichter des Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislaufes zuzweigen. Als Verdichter würde sich wegen der hervorragenden Regelbarkeit des Fördervolumens, wegen der Wartungsfreiheil und der langen Lebensdauer ein Schraubenverdichter besonders gut eignen, doch ergibt sich bei Verwendung eines Schraubenverdichters fiir den vorliegenden Zweck zunächst die Schwierigkei daß die hohe Antriebsdrehzahl durch Zwischenschaltung eines teuren Getriebes zwischen den Dieselmotor und den Schraubenverdichter erzeugt werden Iniisste.
Die hohe Ausgangsdrehzahl einer Turbine ist auf den Drehzahlbedarf eines Schraubenverdichters hingegen abgestimmt. Der Antrieb sowohl des Generators zur Stromerzeugung als auch des Schraubenverdichters des Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislaufs mittels einer Gasturbine entsprechender Leistung erschwert bt' jeweils starrer Kupplung des Schraubenverdichters und des Generators mit der Gasturbine die Leistungsaufteilung zwischen dem Stromnetz und dem Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislauf und bedingt erhöhte Anlagekosten, da Gasturbinen der hier in Betracht kommenden, kleineren Leistuiigen bis etwa .... MW bedeutend teurer sind als entsprechende Verbre Imungs-Kolbenmo t oren , insbesoiid ere Dieselmotoren.
Uie hier vorgeschlagene, an den Abgaskanal des Verbreiinungs-Kolbenmotors angeschlossene Abgasturbine kann jedoch fiir kleine Leistungen ausgelegt und vergleichsweise billig hergestellt werden, insbesondere, naclidem sie einem Gasstrom verhältnismäßig niedrigerer Temperatur ausgesetzt ist.
Gemäß einer vorteilliaften Weiterbildung kann die den Verdampfer des Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislaufs enthaltende Wärmetauscheranordnung einen von den Abgaseii der Abgasturbine oder des Dieselmotors durchströmten Abgaswärmetauscher umfassen, so daß den Abgasen vor der Abgabe in die freie Umgebung abermals Wärme entzogen wird, welche iii den abzuzweigenden Wärmeleistungsstrom eingefiihrt wird. Liegt der Abgaswärmetauscher zwischen dem Dieselniotor und der Abgasturbine, so wird die Temperatur des die Turbine durchströmenden Abgases herabgesetzt, was die Lebensdauer der Abgasturbine erhöht bzw. eine billigere Konstruktion dieser Turbine zuläßt.
Die den Verdampfer des Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislaufs enthalteiide Wärmetauscheranordnung kann, ggf. zusätzlich zu dem Abgaswärmetauscher, einen im Kühlwasserkreislauf des Verbrennuiigs-Kolbenmotors liegenden Kühlwasserwärmetauscher umfassen, um auch die Abwärme des Dieselmotors dem abzuzweigenden Wärme leistungsstrom hinzuzufügen.
Nachfolgend wird ein Ausführuiigsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert, in welcher schematisch eine- elektrische Stromerzeugungsanlage mit den hier vorgeschlagenen Merkmalen dargestellt ist.
In der Zeichnung ist ein schematisch angedeuteter Dieselmotor mit 1 bezeichnet, welcher über eine Welle 2 einen Synchrongenerator 3 antreibt, der elektrische Leistuiig in ein Netz 4 einspeist. Anstelle des Synchrongenerators 3 kann jedocli auch ein Asynchrongenerator oder eine Gleichstroniniascliine vorgeseiieii sein.
Der Abgaskanal 5 des Dieselmotors 1 ist an eine kleiiie Abgasturbine 6 angeschlossen, deren Ausgangswelle 7 mit einem scliematisch bei ö angedeuteten Schraubenverdichter gekuppelt ist.
Der Schraubenverdicliter 8 liegt in einem Wärmenpumpen-Arbeitsmittelkreislauf 9, welcher einen an einen Verbrauclier, beispielsweise einen heizkörper 10 angeschlossenen Wärmetauscher 11, ei Entspannungsventil 12 und einen Verdampfer 13 sowie deii Scl Sclrullbenverdichter 8 enthält.
Der Verdampfer 13 gehört einer Wärmetauscheranordnung 14 an welche , wie durch Pfeile 15 aiigedeutet ist, von einem Wärmetauschmittel durchströmt ist, welches an den Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislauf 9 Wärme abgibt. Das die Wärmetauscheranordnung 14 durchströmende Wärmetauschmittel kann beispielsweise die Umgebungsluft, ein Gewnsser oder dergleichen sein. Auch kann der Wärmetauscheranordnung 14 durch Wärmeleitung Wärme aus der Umgebung zugefiihrt werden.
Die Wrirmetauscheranordnul-lg 14 enthilt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Abgaswärmetauscher 16, welcher von den Abgasen der Abgasturbine 6 durchströmt ist, so daß diesen Abgasen nochmals Wärme entzogeii wird, die dem Verdampfer 13 zugeführt wird und sich folglich zu dem Wärmeleistungsstrom hinzuaddiert, der zu dem Verbraucher 10 gelangt.
Außerdem enthält die Wärmetauscheranordnung 14 einen Kühlwasserwärmetauscher 17, der im Kühlwasserkreislauf 18 des Dieselmotors 1 gelegen ist. Man erkennt also, daß die im Abgas und im Kühlwasser des Dieselmotors enthaltene Energie allein zum Abzweigen des Wärmeleistungsstromes verwendet wird, so daß konstruktive Maßnahmen an dem elektrischen Stromzeugungsaggregat, welches von dem Dieselmotor 1 und dem Generator 3 gebildet wird im wesentlichen nicht vorgenomnien zu werden brauchen.

Claims

Patentansprüche.

antreibenden Verbrennungs-Kolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (5) diese Verbrennungs-Kolbenmotors (1) mit einer Abgasturbine (6) verbunden ist, welche unmittelbar mit einem Schraubenverdichter (8) gelcuppelt ist, der seillfrseits in einem Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislauf (9) liegt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verdampfer (13) des Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislaufs (9) 1 enthaltende Wärmetauscheranordnung ( 11l ) einen VOll den Abgasen der Abgasturbine (6) oder des Dieselmotors (1) durchströmten Abgaswärmetauscher (16) umfaßt.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verdampfer (13) des Wärmepumpen-Arbeitsmittelkreislaufs (9) enthaltende Wärmetauscheranordnung (14) einen im Kühlwasserkreislauf (18) des Verbrennungs-Kolbenmotors (1) liegenden Kühlwasserwärmetauscher (17) umfaßt.