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Heizungssystem mit Wärmemotor.
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Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem mit Wärmemotor, bestehend
aus einem wassergekühlten, insbesondere elektromotorisch anwerfbaren, Verbrennungsmotor
und einem, von diesem angetriebenen, belastbaren Energiewandler in einem wärme-
und schallgedämpften Gehäuse, wobei dem Verbrennungsmotor die dort durch die mechanische
Leistung entstehende Kühlwasser-, Abgas-, Reibungs- und Strahlungsverlustwärme unmittelbar
und/oder mittelbar über Wärmetauscher entzogen wird zur unmittelbaren und/oder über
einen Zentralspeicher mittelbaren Beheizung insbesondere von Häusern oder Wohnräumen.
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Es ist ein Heizungssystem mit einem Wärmemotor zur unmittelbaren und/oder
über einen Zentralspeicher mittelbaren Beheizung insbesondere von Häusern oder Wohnräumen
bekannt. Dort besteht der Wärmemotor im wesentlichen aus einem wassergekühlten Dieselmotor,
einer, mit dem Dieselmotor gekoppelten, Wasserbremse, gebildet aus einer Kreiselpumpe
mit Drosselklappen, einem Abgaswärmetauscher, einem Elektromotor als Anlasser des
Dieselmotors , der insgesamt in einem schall- und wärmegedämpften Gehäuse untergebracht
ist.
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In der Funktion wird dort die mechanische Leistung des Dieselmotors
in der Wasserbremse direkt in Wärme umgewandelt. In einem Abgaswärmetauscher werden
die Abgase auf unter 100 C abgekühlt und im, den Wärmemotor umschließenden, Gehäuse
wird die Verlustwärme des Kühlwassers, der Abgase, der Reibung und der Strahlung
der Maschine zurückgewonnen und dem Nutzheizkreis zugeführt.
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Unabhängig von dem relativ guten Wirkungsgrad dieses bekannten Heizungssystems,
daß gegenüber einem System mit einem sogenannten Zerstäuberbrenner konventioneller
Ölheizungen ca. 50 Yz Primärenergie einspart, ist dieses System mit dem Nachteil
behaftet, daß die Wasserbremse aufgrund ihres Aufbaus und ihrer, im Betrieb nicht
regelbaren, Drosselklappeneinstellung,
die herstellerseitig einmal
auf die typische Heizleistung des Systems insbesondere des Dieselmotors fest eingestellt
wird, den Dieselmotor konstant belastet, was zu einem relativ verlustreichen intermittierenden
Betrieb des Systems führt, und ausschließlich von einem Temperaturbegrenzer, insbesondere
im Wärmeverbraucher, gesteuert wird, was zur Folge hat, daß die Temperaturschwankungen
im Märmeverbraucher relativ groß sind und außerdem eine derartige Anlage relativ
viele Start/Stops des Dieselmotors notwendig macht. Außerdem muß der Dieselmotor
bei einem derartigen System grundsätzlich unter Vollast angeworfen werden.
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Im weiteren hat sich bei diesem bekannten System gezeigt, daß mit
der Verwendung der Masserbremse zur mechanischen Belastung des Dieselmotors nicht
alle Möglichkeiten ausgenutzt wurden zur Optimierung dieses Systems im Vergleich
der aufgenommenen Energie (Primärenergie) zur abgegebenen Energie (Sekundärenergie).
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu grunde, die Nachteile dieses
bekannten Systems zu vermeiden und einen hinreichend regelbaren Betrieb nicht nur
der, einem Verbrennungsmotor insbesondere einem Dieselmotor entnehmbaren,mechanischen
Leistung neben der ohnehin vorhandenen, von der abgegebenen mechanischen Leistung
des Dieselmotors abhängigen, Verlustwärme durch einen belastbaren Energiewandler
zu erreichen, sondern auch den Energiewandler selbst hedarfsabhängig zu regeln,
um einen kontinuierlich steuerbaren Betrieb eines Heizungssystems der oben genannten
Art zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der, in
an sich bekannter Weise mit einem Abgaswärmetauscher und mit Wärmetauscher für die
Zurückgewinnung der Werlustwärme aus dem Hühlwasser, der Abgase, der Reibung und
der Strahlung in einem wärme- und schallisolierten Gehäuse angeordneten, Verbrennungsmotors,
insbesondere eines Dieselmotors mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist und
diesen antreibt, und daß
die elektrische Leistung des Generators
die insbesondere gleich oder unwesentlich kleiner als die mechanisch abgegebene
Leistung des Verbrennungsmotors sein kann, einem elektrischen Heizelement insbesondere
in einem Zentralspeicher eines Heizungssystems zugeführt wird, in den außerdem insbesondere
die, in den Wärmetauschern im Gehäuse eingefangene Verlustwärme des Verbrennungsmotors
insbesondere in Form eines Wasserkreislaufs eingeführt wird.
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Die elektrische Leistung des Generators kann dabei regelbar sein.
Die Regelung kann dort unmittelbar am Generator und/oder am Heizelement stufenlos
oder in Stufen regelbar sein.
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Der Zentralspeicher kann dort als Warmwasserbehälter ausgebildet sein,
der unmittelbar oder mittelbar über einen Wärmetauscher an den Verlustwärmekreislauf
im Gehäuse mit dem Verbrennungsmotor angeschlossen ist.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß ein derartiger Zentralspeicher
unmittelbar im schall- und wärmegedämpften Gehäuse untergebracht ist, d.h. mit dem
Wärmemotor insgesamt integriert ist, und der derart ausgebildet sein kann, daß insbesondere
die, dem Wärmemotor zugewandte, Seite des Speichers die im Gehäuse entstehende Verlustwärme
des Verbrennungsmotors mit hohem Wirkungsgrad aufnimmt.
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Zum Anwerfen des Verbrennungsmotors, der als Diesel-, als Gas-, oder
als Benzinmotor ausgebildet sein kann, kann der Generator erforderlichenfalls als
Motor geschaltet werden. Es ist vorgesehen, daß dort dem Generator erst nach einer
bestimmten Anlauf- und Betriebszeit des Verbrennungsmotors elektrische Energie erforderlichenfalls
, kontinuierlich belastend, entzogen wird.
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Vorteilhaft bei dieser Ausführung eines Wärmemotors ist insbesondere
die leichte und erforderlichenfalls relativ einfache kontinuierliche Regelung der
Heizenergieerzeugung, insbesondere über den elektrischen Generator,
der
dort bei einer regelbaren elektrischen Heizenergieabnahme auch den Verbrennungsmotor
kontinuierlich abhängig von dieser Energieabnahme in der Verlustwärmeentwicklung
steuert, die bis auf den Leerlaufbetrieb und der dort anfallenden Verlustwärme eines
derartigen Verbrennungsmotors herahgefahren werden kann. Außerdem ist der Wirkungsgrad
zwischen aufgenommener Primärenergie und abgegebener Verlustwärmeenergie am Uerbrennungsmotor
und elektrischer Energie am Generator um den Faktor 1,6 besser als die Energiebilanz
des oben beschriebenen bekannten Wärmemotors.
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Sie das Heizungssystem nach der Erfindung im einzelnen gedacht ist,
wird an hand von Beispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild
des Heizungssystems nach der Erfindung mit einem externen Zentralspeicher und Fig.
2 eine Ausführung des Heizungssystems nach der Erfindung, bei dem der Zentralspeicher
Bestandteil des Wärmemotors unmittelbar am Gehäuse des Wärmemotors angeordnet ist.
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In der Figur 1 kennzeichnet 1 einen wassergekühlten Verbrennungsmotor
in der Ausführung eines Dieselmotors mit einem Kühlwasserkreislauf 2 und einem Schmierölbehälter
3 mit einem dort vorgesehenen Wärmetauscher 4.
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Diese wesentliche vorgenannten Teile sind in einem schall- und wärmeisolierten
, hermetisch geschlossenen, insbesondere feuerfesten oder feuerhemmenden Gehäuse
5 angeordnet. Im Gehäuse 5 sind desweiteren ein Abgaswärmetauscher 6 und erforderlichenfalls
ein Innenraumwärmetauscher 7 angeordnet. Es kann in bestimmten Ausführungen einer
derartigen Anlage vorgesehen sein, daß der Abgaswärmetauscher 5 und der Innenraumwärmetauscher
7 eine Baueinheit bilden kennen. 8 bezeichnet eine Umwalzpumpe im Kühlwasser- bzw.
VerlustLärmeRasserkreislauf, die nicht unbedingt im Gehäuse 5 angeordnet sein muß.
Die Umwälzpumpe 8 ist aus regelungstechnischen Gründen vorzugsweise in der Drehzahl
regelbar und kann insbesondere in Ahhängigkeit von der mechanischen Belastung der
Verbrennungsmotors 1 gesteuert werden, sodaß die auftretende Verlustwärme im Gehäuse
5 belastunysabhangig
im Kreislauf 14 tranportiert wird. Die Umwälzpumpe
8 kann insbesondere von einer die Temperatur im Kreislauf 14 hinreichend konstanthaltenden
Regelung einer Elektronik 19 gesteuert werden.
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Die gezeigten und beschriebenen Bärmetauscher im Gehäuse 5 können
insbesondere zueinander in Serie liegen. Der Kreislauf 14 mündet insbesondere in
einen Zentralspeicher 9. Die Einspeisung des Kreislaufs 14 kann dort ebenfalls über
einen Wärmetauscher 10 erfolgen zur Erwärmung des mediums im Speicher 9, insbesondere
von Heizwasser, das Wärmeverbraucher 11 zugeführt wird. 12 zeigt eine Umwälzpumpe
im Wärmeverbraucherheizkreis. 13 bezeichnet ein AusdehnungUgefäß im Kreislauf 14.
SGrmeverbraucher 11können auch unmittelbar am Kreislauf 14 angeschlossen sein.
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Der Verbrennungsmotor 1 ist mit dem elektrischen Generator15 gekoppelt,
der insbesondere mit elektrischen Heizelementen 16 und/oder 17 belastet ist und
durch diese Belastung dem Verbrennungsmotor 1 mechanische Energie entzieht, sodaß
sich dieser, je nach elektrischer Belastung des Generators 15 erwärmt und Verlustwärme
abgibt.
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Die elektrische Belastung des Generators 15 und damit des Verbrennungsmotors
1 kann insbesondere stufenlos über einen Regler 18, oder in Stufen durch Zu-oder
Abschalten von elektrischen Verbrauchern, insbesondere in Form von Heizelementen
15 und/oder 17 gesteuert werden. Damit kann auch die Verlustwärmebildung in den
Wärmetauschen 2,4,6,7 und 10 hinreichend gesteuert werden. Die hEindesterwärmung
bzw. Verlustwärmehildung des gesamten Särmemotors wäre demnach der Leerlauf des
Verbrennungsmotors 1 mit unbelastetem Generator 15. Für die Gesammtsteuerung der
Anlage ist eine zentrale Elektronik vorgesehen, die auch die sicherheitstechnische
Überwachung, insbesondere bestimmter zu beachtender thermischer Grenzwerte, beinhaltet.
Diese Elektronik kann, insbesondere prozessorgesteuert, den Verbrennungsmotor 1
hinsichlich seines besten Wirkungsgrades bei geringstem Schadstoffausstoß durch
die Abgasleitung 20 regeln.
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Der Generator 15 kann als Motor geschaltet den Verbrennungsmotor 1
anwerfen.
In diesem Falle wird der Motor/Generator 15 über eine
nicht näher gezeigte Steuerung aus dem örtlicher elektrischen Netz gespeist.
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Die Abgasleitung 20 ist wärme- und schallisoliert. 21 bezeichnet die
Zuluftleitung für den Verbrennungsmotor 1. 22 beudet den Kraftstoff-, insbesondere
bei Dieselbetrieb, den Heizöltank. 27 zeigt die Kraftstoffleitung zum Motor 1.
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Vorteilhafterweise ist der Generator 15 außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet
und über eine entsprechende, insbesondere Kladenkupplung 26 mit der Antriebswelle
des Verbrennungsmotors 1 gekoppelt.
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In der Figur 2 ist sichtbar, daß der Wärmemotor unmittelbar mit einem
sogenannten Zentralspeicher 9,zur Aufnahme des Heizungswassers, das aus und der
Verlustwärme des Motors unmittelbar/oder mittelbar, durch wärmetauscher und/oder
durch die elektrische Beheizung aus Generator 15 über geeignete Heizelemente 15
gespeist wird, versehen ist.
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Der Spiecher 9 ist derart ausgebildet und insbesondere zum Verbrennungsmotor
1 und den dert Verlustwärme abstrahlenden bzw. gespeisten Wärmetauschern angeordnet,
daß möglichst viel erzeugte Verlustwärme unmittelbar auf den Speicher 9 und das
cort zu beheizende Medium, in der Regel Wasser, aufgeheizt wird. So ist es vorgesehen,
daß die dem Verbrennungsmotor und den sonstigen Verlustwärme abstrahlenden Elemente,
benachbarten betten des Speichers 9 so ausgebildet sind, da eine größtmögliche Seaufschlagungsfläche
entsteht Insbesondere kann der Speicher 9 dort als spezieller Wärmetauscher mit
einem relativ großen Medium-Speichervolumen mit einer entsprechenden vielkänaligen
Verrippung oder einfach aus einem Ruhrschlangensystem bestehen, der im wärme- und
schallgedämmten Gehäuse 5 angeordnet ist. Der elektrische Generator15 ist zweckmäßigerweise
wieder außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet. Im Zentralspeicher 9 können neben bem
dort vorgesehenen elektrischen Heizelemerten 16, weitere Wärmetauscher 10 für Wärmeverbraucher
11 und erforderlichenfalls für eine Brauchwasserbeheizung oder für eine Einspeisung
aus anderen Lärmeerzeugern z.B. aus
solar eingefangener Energie.
Es ist dort desweitern vorgesehen, da3 die Ahgasleitung 20 unmittelbar durch den
Speicher 9 geführt ist, um somit einen speziellen Abgaswärmetauscher eizusparen.
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Für eine zweckmäßige ortung des Ùerbrennungsmotors 1 bei einer derartigen
Bauform, kann es vorgesehen sein, daß der Verbrennungsmotor 1 mit allen zu wartenden
Elementen eine Baueinheit bildet und nach dem Abtrennen aller Verbindungsleitungen
einfach auf einem Schlitten oder auf Rollen herausgezogen werden kann.
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25 zeigt die elektrische Versorgungsleitung vorn Generator 15 zu dem
Heizelement 16, das leistungsmäßig umschaltbar sein kenn, und/oåer zu direkten Heizelement2n
17, in Form von elektischen Fußbodenheizunten oder anderweitiger elektrischer, insbesondere
regelbarer Konvektoren.
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21 zeigt die ßuluftleitung, 27 die Brennstoffleitung mit dem Tank
22 und 14 der Heizmedium-Kreislauf zu nicht naher gezeigten Wärmeverbrauchern.26
ist eine Kupplung zwischen Verbrennungsmotor 1 und Generator 15.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß diesem Wärmemotor eine Warmepumpe
zugeordnet sein kann, die nicht nur ganz oder mit einem Teil der vom Verbrennungsmotor
abgegebenen Verlustwarmc gespeist wird, sondern auch mit der, vom Generator erzeugten,
elektrischen Energie betrieben wird. Diese Maschinenkombination kann sowohl zum.
Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden.
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Es liegt weiter im Rahmen der Erfindung, daß die vom Generator erzeugte
elektrische Energie nicht nur zum Heizen im Rahmen der geschilderten Möglichkeiten
verwendet wird, sondern auch zum Betrieb anderweitiger elektrischer Anlagen eingesetzt
werden kann. Es ist daran gedacht, diese elektrische Energie abrufbereit in das
örtliche elektrische Versorgungsnetzt einzuspeisen. Dies kann zweckmäßigerweise
im Bedarfsfalle vorn zuständigen EVU über EL ne EVU-eigene Rundsteueranlage zur
Deckung des Spitzenbedarfs geschehen.