DE2832819A1 - Geraet zur kombinierten erzeugung von elektrischer energie und waerme - Google Patents

Geraet zur kombinierten erzeugung von elektrischer energie und waerme

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DE2832819A1
DE2832819A1 DE19782832819 DE2832819A DE2832819A1 DE 2832819 A1 DE2832819 A1 DE 2832819A1 DE 19782832819 DE19782832819 DE 19782832819 DE 2832819 A DE2832819 A DE 2832819A DE 2832819 A1 DE2832819 A1 DE 2832819A1
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Mario Palazzetti
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Fiat SpA
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Description

Petsntanwelie
DipL Ing. H. WeUaraim- Dipl. Kiys. Dr. K. FMe Dipl. ing. F. A. Weickmann, Dipl. Chem. B. huber Wa Df.-Ing. H. Liska l °- JuIl 1978
Möhisfrafjo 22, 8000 München 86 2 S; 3 2 S 1 3
FIAT Societä per Azioni
Corso Marconi 10,
Turin, Italien
Gerät zur kombinierten Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme» - __
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur kombinierten Erzeugung von Energie und Wärme, in welchem eine Wärmekraftmaschine zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird und in der auch die überschüssige Wärme zu Heizzwecken zurückgewonnen wird, um auf diese Weise die Ausnutzung einer Energiequelle effektiver und rationeller zu gestalten.
Bisher vorgeschlagene Anlagen dieser Art sehen die Verwendung von Wärmekraftmaschinen großer Kapazität vor. Dies bringt jedoch Probleme sowohl im Hinblick auf den Gesamtwirkungsgrad mit sich, (da die Abmessungen von Wärmekraftmaschinen großer Kapazität eine gute Wärmeisolierung nicht zulassen),. als auch im Hinblick auf die Kosten, (da die Verwendung von in Massenproduktion hergestellten Elementen nicht möglich ist). Außerdem bringt die Verteilung beträchtliche Kosten für infrastrukturelle Maßnahmen mit sich.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich für die Verwendung von Bauteilen eignet, die von der Kraftfahrzeugindustrie in Massenproduktion hergestellt werden, und die auf Grund, ihrer geringen Abmessungen und individuellen Formgestaltung die vorangehend beschriebenen Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird - ausgehend von einem Gerät zur kombinier-
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ten Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor, einem von diesem angetriebenen elektrischen Generator und einem Wärmetauscher zur Rückgewinnung der Wärme des Kühlwassers, des Schmieröls und der Auspuffgase des Verbrennungsmotors sowie des elektrischen Generators für Heizzwecke - dadurch gelöst, daß alle Bauteile des Gerätes in einem tragenden Rahmenwerk gehalten sind, das aus Metallelementen gebildet ist, die die Kanten eines Quaders bestimmen, daß die Seitenflächen und die Oberseite des Quaders mit wärme- und schallisolierenden Platten verkleidet sind, die lösbar an dem Rahmenwerk befestigt sind.
Ein Vorteil des erfindungsgemäß gestalteten Gerätes besteht darin, daß es mit sehr hoher Energieausbeute (in der Größenordnung von 9030) arbeiten kann, entsprechend den Gebrauchsanforderungenin modularer Bauweise erstellt werden kann, in Wohngebäuden, industriellen oder landwirtschaftlichen Betrieben Anwendung finden kann und zusammen mit Anlagen verwendbar ist, die die Sonnenenergie ausnutzen sowie mit Anlagen zur Rückgewinnung der Abwärme industrieller Prozesse.
Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Fig. 1 zeigt schematisch das Kreislaufdiagramm eines Gerätes gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung das in Fig. 1 dargestellte Gerät von der Rückseite aus betrachtet,
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Gerätes mit Blickrichtung auf die rechte Vorderseite, wobei Teile der Verkleidungsplatten abgenommen sind,
Fig. 4 zeigt - ähnlich wie Fig. 3 - eine perspektivische Ansicht mit Blickrichtung auf die linke Seite,
Fig. 5 zeigt die gleiche Ansicht wie Fig. 2, jedoch in vergrößertem Maßstab und unter Weglassung eines Teiles der Verkleidungsplatten,
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Fig. 6 zeigt in teilweise auseinandergezogener perspektivischer Ansicht die Bauteile des Gerätes,
Fig. 7 zeigt einen" Schnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 2 zur Veranschaulichung der Struktur der isolierenden Verkleidungsplatten.
Das in Fig. 1 dargestellte Kreislaufdiagramm bezieht sich auf einen Gerätetyp, der den Gegenstand der italienischen Patentanmeldung 69 573-A/76 derselben Anmelderin bildet und der bei dem den Gegensand der vorliegenden Anmeldung bildenden Gerät Verwendung findet.
Fig. 1 zeigt einen wassergekühlten Verbrennungsmotor 1, mit einem Mantelkühler 2, in welchem das Kühlwasser zirkuliert. Der Motor 1 besitzt eine Kurbelwelle 3, die über eine flexible Kupplung 4 die Welle 5 eines elektrischen Generators 6 antreibt. Die Welle 5 des elektrischen Generators 6 ist an dem Ende, das mit der flexiblen Kupplung 4 in Verbindung steht, vorzugsweise mit (nicht dargestellten) Nuten oder Federn versehen, was einen raschen Austausch des Verbrennungsmotors 1 zu Wartungszwecken ermöglicht.
Der den ersten Kreislauf darstellende Weg des Kühlwassers des Verbrennungsmotors verläuft folgendermaßen:
Das heiße Wasser, das aus dem höchsten Punkt des Mantelkühlers 2 des Verbrennungsmotors austritt, wird über eine Leitung 7 in den zweiten Kreislauf eines einstückig mit dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildeten Wärmetauschers 8 geführt und durch die Auspuffgase weiter erhitzt, die durch den Primärkreis des Wärmetauschers strömen. An dem Ausgang des Primärkreises des Wärmetauschers 8 gelangen die Auspuffgase über ein Auspuffrohr 9 in die Atmosphäre.
Am Ausgang des Sekundärkreises des Wärmetauschers 8 wird das erhitzte Wasser über ein Rohr zu dem Primärkreis eines zweiten Wärmetauschers 11 geführt, in welchem es Wärme an das in
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dem Sekundärkreis des Wärmetauschers 11 befindliche Wasser abgibt, das in dem äußeren Heizkreis (Sekundärkreis) fließt. Vom Ausgang des Primärkreises des zweiten Wärmetauschers 11 wird das Wasser des Primärkreises über ein Rohr 12 einem dritten Wärmetauscher 13 zugeführt, der sich in der Ölwanne des Verbrennungsmotors befindet, und von dessen Ausgang das Wasser des erstgenannten Kreislaufs in den Mantelkühler 2 des Verbrennungsmotors zurückkehrt.
Eine von einem Thermostatventil 15 gesteuerte Umgehungsleitung verbindet die Rohre 12 und 13 unmittelbar miteinander und dient in dem Primärkreis zur Umgehung des Wärmetauschers 11, während der Verbrennungsmotor 1 warm läuft, d.h. unmittelbar nach seinem Start oder wenn er sich aus anderen Gründen auf niedriger Temperatur befindet.
Eine zwischen dem Ausgang des Wärmetauschers 13 und dem Eingang des Mantelkühlers 12 angeordnete Pumpe bewirkt die Zirkulation des Wassers in dem Primärkreis. Der Wasserdruck wird dabei durch ein Drucksteuerventil 17 gesteuert, das den Primärkreis mit dem Eingang einer Leitung 18 verbindet, die zu einer Ausdehnungskammer 19 führt.
Der Sekundärkreis beinhaltet eine Speiseleitung 20, die aus dem Wärmetauscher 11 heraustritt und das erhitzte Wasser zu den Verbrauchern, beispielsweise den Radiatoren 30 einer Gebäudeheizanlage, führt. Eine Rückführleitung 22 führt von den Verbrauchern 21 zu dem Einlaß eines Mantelkühlers 23» der das Gehäuse des elektrischen Generators 6 umgibt. Von diesem Mantelkühler führt eine Leitung 24 zum Eingang der Sekundärseite des Wärmetauschers 11.
Im folgenden sei der Aufbau des in Fig. 2 dargestellten und in seiner Gesamtheit mit 25 bezeichneten Gerätes näher erläutert:
Ein aus Metallholmen mit winkelförmigem Querschnitt gebilde-
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tes Rahmenwerk 26 bestimmt die Kanten eines Parallelepipeds, vorzugsweise eines Würfels. Die senkrechten Holme 27 des Rahmenwerkes sind lösbar, beispielsweise durch Schraubverbindungen mit zwei Rahmen verbunden, die das Oberteil bzw. das Bodenteil des Quaders bzw. Würfels bilden. Hierdurch wird die Installierung des Gerätes an schwer zugänglichen Aufstellungsorten erleichtert.
An dem quadratischen oder rechteckigen Rahmen, der die Basis des Rahmenwerkes bildet, sind höhenverstellbare Tragfüße 29 befestigt. Außerdem ist an der Basis des Rahmenwerkes eine Metallplatte 30 befestigt, die die Bodenwandung bildet.
An der oberen horizontalen Schiene 31 der Frontseite des Rahmenwerkes 26 ist ein Tragteil 32 befestigt, an welchem der Vorderteil des Verbrennungsmotors 1 mittels eines schwingungsdämpfenden Lagerteils 33 aufgehängt ist. Der Zylinderblock des Verbrennungsmotors ist starr mit dem Gehäuse des elektrischen Generators 6 verbunden. An der unteren horizontalen Schiene 34 auf der Rückseite des Rahmenwerkes 26 sind zwei Tragteile 35 befestigt, (von denen in Fig. 3 nur eines sichtbar ist), auf denen über schwingungsdämpfende Lagerblöcke das Rückteil des Generators 6 gelagert ist. Die Tragteile 32 und 35 sind derart positioniert, daß das aus dem Motor T und dem Generator 6 gebildete starre Aggregat dicht an einer der Seitenwände des von dem Rahmenwerk 26 begrenzten Quaders liegt.
Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Otto-Motor mit einem Hubraum in der Größenordnung von 1000 cm , wie beispielsweise der in dem Personenkraftwagen Fiat 127 verwendete Motor. Die Abmessungen des von dem Rahmenwerk begrenzten Quaders, der das Gerät enthält, sind dementsprechend klein. Die Seitenlänge liegt in der Größenordnung von 1 Meter.
An den oberen Abschnitten des Rahmenwerkes 26, die die Rückwandung" des Quaders oder Würfels begrenzen, ist eine Platte 26 befestigt, an der ein nach außen ragender Kasten montiert
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ist. Dieser enthält die elektronische Zündeinrichtimg des Verbrennungsmotors. Der Kasten 37 ist mit Schlitzen 38 versehen, die als Einlaßöffnungen für die von dem Verbrennungsmotor angesaugte Luft dienen.
Auf derselben Platte 36 sind zwei Verbindungsstücke 39 und 40 montiert, die zur Verbindung des Gerätes mit den Leitungen des sekundären Heizkreises dienen, sowie eine Auspuffleitung 41 des Verbrennungsmotors 1, eine Leitung 42 zur Kraftstoffzuführung für den Verbrennungsmotor sowie ein Ausgangskabel 43 für die von dem Generator 6 erzeugte elektrische Energie.
Der über die Leitung 42 zugeführte Kraftstoff kann entweder ein flüssiger Kraftstoff, ein Gas, z.B. Metangas, oder verflüssigtes Erdgas, künstliches Gas, Biogas oder Methylalkohol sein.
Der elektrische Generator 6 ist ein Breiphasenasynchronmotor, dessen Kennlinie so beschaffen ist, daß er sowohl zum Anlassen der Verbrennungsmotors als auch zur Erzeugung elektrischer Energie verwendbar ist.
Die Ausdehnungskammer 19 des Primärkreises ist mit Hilfe von Bügeln 44 verschiebbar an einem Längsträgerelement 45 gehalten, das die oberen horizontalen Schienen der Vorder- und Rückseite des von dem Rahmenwerk 26 begrenzten Quaders bzw. Würfels miteinander verbindet. Diese Anordnung erleichtert die Zugänglichkeit zu einer mit einem Deckel 46 verschließbaren Nachfüllöffnung der Ausdehnungskammer.
Der Wärmetauscher 11, in welchem die Wärme von dem Wasser des Primärkreises zu dem Wasser des Sekundärkreises übertragen wird, ist an dem Boden 30 des Rahmenwerkes 26 von versteifenden Querträgern 30a gehalten. Zwei auf der Bodenplatte 30 angeordnete Abstandselemente 47 tragen einen Ölvorratsbehälter 48, der mit der Ölwanne des Verbrennungsmotors 1 in Verbindung steht und eine Vorratsmenge von Motorschmieröl enthält.
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Der Wärmetauscher 8, in dem die Wärme von den Auspuffgasen an das Wasser des Primärkreises abgegeben wird, ist direkt an dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 1 befestigt bzw. einstückig mit diesem ausgebildet. Ein Wärmetauscher dieser Art bildet den Gegenstand der italienischen Patentanmeldung 69 292-A/76 derselben Anmelderin.
An den Seitenwänden und an der Oberseite des Rahmenwerkes sind mit Hilfe (nicht dargestellter) schnell lösbarer Kupplungsmittel wärme- schallisolierende Platten befestigt, die mit 49 bezeichnet sind. Die an der Rückseite des Rahmenwerkes montierte Isolierplatte 49a besitzt selbstverständlich eine geringere Höhe als die übrigen Platten, da sie sich nur bis zu der Basis des Kasten 37 erstreckt, damit dieser und die von der Platte 36 getragenen Verbindungsmittel 39 bis offen liegen können.
Wie aus Fig. 7 erkennbar ist, besitzt jede Isolierplatte eine aus Metallblech bestehende Tragkonstruktion 50, ein absorbierendes Gefüge 51, das aus zwei Schichten 52 von isolierendem Material auf bituminöser Basis besteht, zwischen denen eine Zwischenschicht 53 von lockerem porösem Material angeordnet ist, sowie eine Innenwandung 54 aus schallisolierendem Material, die eine Luftkammer 55 begrenzt.
Zwischen jeder Platte 49 und den Teilen des metallischen Rahmenwerkes 26 befinden sich Dämpfungsblöcke 30 aus elastomerem Material.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1J Gerät zur kombinierten Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor, einem von diesem angetriebenen elektrischen Generator sowie mit Wärmetauschereinrichtungen zur Rückgewinnung der Wärme des Kühlwassers, des Schmieröls und der Auspuffgase des Verbrennungsmotors sowie der Wärme des elektrischen Generators für Heizzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauteile des Wärme und elektrische Energie erzeugenden Gerätes (1, 6, 8, 11, 13) in einem tragenden Rahmenwerk (26) gehalten sind, das aus Metallelementen gebildet ist, die die Kanten eines Quaders bestimmen und daß die Seitenflächen und die Oberseite des Quaders mit wärme- und schallisolierenden Platten (49) verkleidet sind, die lösbar an dem Rahmenwerk (26) befestigt sind.
    2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rahmenwerk (26) bildenden Metallelemente L-förmigen Querschnitt besitzen.
    3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rahmenwerk (26) bildenden Metallelemente die Kanten eines Würfels begrenzen.
    4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3f d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Unterseite des von dem Rahmenwerk (26) begrenzten Quaders mit einer eine Bodenwandung bildenden Metallplatte (30) versehen ist.
    5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an
    die
    den Elementen, die Bodenfläche des quaderförmigen Rahmenwerkes (26) bilden, höhenverstellbare Tragfüße (29) lösbar angebracht sind.
    .6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die senkrechten Kanten des quaderför- * migen Rahmenwerkes (26) bildenden Elemente (27) lösbar mit
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    ob
    denjenigen Elementen verbunden sind, die die Ober- und Unterseiten des quaderförmigen Rahmenwerkes (26) bilden.
    7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5) des elektrischen Generators (6) fluchtend zu der Welle des Verbrennungsmotors (1) angeordnet und durch verzahnte Verbindungsmittel mit einem von einer flexiblen Kupplung (4) angetriebenen Teil verbunden ist, deren treibender Teil an der Welle (3) des Verbrennungsmotors (1) befestigt ist, und daß das Gehäuse des elektrischen Generators (6) starr mit dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors (1) verbunden ist, derart daß der Verbrennungsmotor (1) und der elektrische Generator (6) eine starre Einheit bilden.
    8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Verbrennungsmotor und dem elektrischen Generator bestehende Einheit (1, 6) in unmittelbarer Nachbarschaft einer
    Seitenwandung des von dem Rahmenwerk (26) begrenzten Qua= ders montiert sind, wobei die Achse der Kurbelwelle (3) im !wesentlichen parallel zu dieser Seitenwandung liegt, und daß die Seitenfläche des Quaders, die dem dem Generator (6) abgewandten Ende des Verbrennungsmotors (1) benachbart ists die Vorderseite des Gerätes bildet und die Fläche des Quaders, die dem dem Verbrennungsmotor (1) abgeitfandten Ende des Generators (6) benachbart ist, die Rückseite des Gerätes bildet.
    9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an demjenigen Element, (31) des Rahmenwerkes (26) das die obere Kante der Vorderseite des Quaders begrenzt, ein Tragteil (32) angebracht ist, an welchem das Frontteil der Motor-Generatoreinheit (1, 6) aufgehängt ist und daß an dem Element (34) des Rahmenwerkes (26) das die untere Kante der Rückseite des Quaders begrenzt, zwei Tragteile (35) für das Rückteil der Motor-Generator einheit ( 1 , 6) befestigt sind.
    10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Elementen des Rahmenwerkes (26) die die Rückseite
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    des Gerätes begrenzen,eine Tragplatte (36) befestigt ist, die einen Lufteinlaß (38) für den Verbrennungsmotor, eine Kraftstoffzuführleitung' (42), eine Abgisleitung (41), zwei Verbindungsstücke (39, 40) zum Anschluß an einen äußeren Heizungskreis sowie ein Ausgangskabel (43) des elektrischen Generators (6) trägt, und daß der von der Tragplatte (36) eingenommene Bereich nicht von der auf der Rückseite des von dem Rahmenwerk (26) begrenzten Quaders angeordneten isolierenden Platte (49a) verkleidet ist.
    11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Rahmenwerkes, die die Oberseite des Quaders begrenzen, einen Tank (19) tragen, der als Ausdehnungskammer für das Kühlmittel des Verbrennungsmotors dient.
    12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskammer (19) verschiebbar an einem Tragelement (45) gehalten ist, das sich von der Oberkante der Vorderseite zu der Oberkante der Rückseite des Rahmenwerkes (26) erstreckt und daß die Ausdehnungskammer (19) in ihrem vorderen Endbereich eine mit einer Kappe (46) verschließbare Einfüllöffnung besitzt, die nach der Entfernung der vorderen Isolierplatte (49) zugänglich ist.
    13. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Rahmenelemente, die die Unterseite des Quaders begrenzen, Verstärkungselemente (3Oa) tragen, auf denen der Wärmetauscher (11) angeordnet ist, in welchem die Wärme von dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors (1) an das Wasser des externen Heizkreises abgegeben wird.
    14. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bodenwandung bildende Platte (30) einen ölvorratsbehälter (48) trägt, der mit der Ölwanne des Verbrennungsmotors
    (1) verbunden ist.
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    15. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) ein Otto-Motor ist.
    16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) eine elektronische Zündeinrichtung (37) besitzt.
    17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Zündeinrichtung (37) außerhalb des von dem Rahmenwerk (26) auf der die Leitungen (39» 40, 41, 42) und das elektrische Kabel (43) tragenden Platte (36) angeordnet ist und sich in einem Gehäuse (38) befindet, durch welches die von dem Verbrennungsmotor (1) angesaugte Luft eintritt.
    18. Gerät nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) einen Hubraum von der Größenordnung 1000 cnr besitzt.
    19. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das quaderförmige Rahmenwerk (26) die Gestalt eines Würfels mit einer Kantenlänge in der Größenordnung von 1 Meter hat.
    20. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das tragende Rahmenwerk (26) so dimensioniert ist, daß es nicht nur das Gewicht der Bauteile des Gerätes zu tragen vermag sondern auch ein Mehrgewicht, das dem Gesamtgewicht des Gerätes entspricht, derart daß nach Entfernung der oberen Verkleidungsplatte (49) das Aufsetzen eines zweiten Gerätes möglich ist,dessen Tragfüße (29) abgenommen sind.
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