DE29501500U1 - Gasbetriebenes Aggregat zur Stromerzeugung - Google Patents
Gasbetriebenes Aggregat zur StromerzeugungInfo
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Description
* 9
&psgr; 9 «■ · »
Eugen Salomon, Dipl. Ing. (FH)
Biogasanlagen werden immer häufiger beispielsweise in der Landwirtschaft zur
Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt. Gülle wird dort in Behälternsogenannten
Reaktoren- unter Luftabschluß gelagert. Verschiedene Zugaben dienen der Erhöhung der Gasausbeute sowie auch der Entsorgung, wie z. B. Stroh, Gras
aber auch Fette aus industrieller Produktion usw. Das Gas wird über dem Güllebehälter oder in separaten Gasspeichern gesammelt und einem
Verbrennungsmotor zugeführt, der wiederum den stromerzeugenden Generator antreibt.
' 0 Anaerobe Bakterien bilden Biogas beim Abbau der organischer Substanzen unter
Luftabschluß. Im Biogas sind neben den Hauptanteilen, dem brennbaren Gas Methan sowie dem Kohlendioxid, noch Schwefelwasserstoff und Wasserdampf enthalten.
Diverse sonstige Begleitsoffe sind zwar oftmals nur in Spuren enthalten, aber aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung der zu vergärenden Substanzen
^ 5 sehr komplex und additiv über den kontinuierlichen Betrieb hinweg für herkömmliche
Verbrennungsmotore insbesondere durch die Verbrennungsrückstände doch sehr schädlich.
Aus Kostengründen ist eine Reinigung des Brennstoffes vor der Verbrennung im
Vergleich zu Großkraftwerken nur durch einfache Maßnahmen möglich, wie beispielsweise das Ausfällen von Schwefel im Biogasreaktor durch kontrollierte
Sauerstoffzufuhr oder das Auskondensieren des Wasserdampfs in der Gasleitung.
Stand der Technik zur Stromgewinnung sind sogenannte Kraft-Wärme-Aggregate,
wobei das Gas als Brennstoff in einem entsprechend auf Gas umgerüsteten Ottomotor
oder Dieselmotor verbrannt wird, einen Generator zur Stromgewinnung antreibt und
die entstehende Abwärme zu Heizwecken weiterverwendet wird.
Sämtliche bekannte und dafür eingesetzte Kolbenmotore werden durch den
Restschwefelgehalt sowie den Begleitstoffen im Biogas stark verschlissen. Dieselmotore werden als sogenannte Zündstrahler eingesetzt, wobei ein geringer
Anteil Dieselkraftstoff verschleißmindernd mitverbrannt wird. Standzeiten von etwa
zwei Jahren bei dann teuren und vom Betreiber nicht selbst durchführbare Reparaturen sowie teure Erstanschaffung machen den Einsatz aus wirtschaftlichen
Gründen kaum rentabel, zumal ein weiterer Nachteil ist, daß der an sich energieautarke Betreiber Dieselöl beschaffen und lagern muß.
Dies führt dazu, daß Landwirte als Betreiber kleinerer bis mittlerer Biogas-Anlagen
häufig aus Kostengründen gebrauchte Ottomotore einsetzen und diese dann etwa alle
Jahre mühsam und zeitaufwendig gegen ein weiteres gebrauchtes Aggregat austauschen.
Weiters verlangen letztere Motore eine ständige aufmerksame Wartung, angefangen
vom Zündkerzenwechsel bis zur Kontrolle und Nachregelung des Gas-Luftgemisches.
Ein weiterer großer Nachteil bekannter Aggregate sind die völlig unzureichenden, auf
unvollständiger Verbrennung resultierenden Abgaswerte. Auch hier ist der Betreiber
aus Kostengründen nicht in der Lage, eine wirkungsvolle Abgasreinigung, wie sie bei
Großkraftwerken üblich ist, vorzunehmen.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Aggregat a) hoher Lebensdauer
b) bei leichter Auswechslung von einfachen Verschleißteilen c) mit optimierten Abgaswerten
zu schaffen.
zu schaffen.
a) wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der heißen
Verbrennungsgase auf gleitverschleißende Teile verzichtet wurde. Der zum Antrieb
des Generators verwendete Verbrennungsmotor besteht im wesentlichen aus einer Lagerkonsole, einer darin drehbare gelagerten Motorwelle sowie einer oder mehrerer
radial mit letzterer verbundener Rückstoßdüse/n, die mit Gas beschickt werden,
wobei die Rückstoßkraft der durch die Düse ausgestoßenen heißen Verbrennungsgase etwa tangential zum Drehkreis der Düse um die Motorwellenachse
das Drehmoment bewirkt.
Einzige nennenswerte Verschleißstellen sind die Lager der Motorwelle sowie die
Drehdurchfuhrung der Gaszuleitung.
Beide können erfindungsgemäß außerhalb der heißen Verbrennungsgase angeordnet
werden, eine Ablagerung von Verbrennungsrückständen ist deshalb ausgeschlossen. Die Lager der Motorwelle, unbeeinflußt auch von Schmutzpartikeln, können
konstruktiv über eine entsprechende Dimensionierung auf eine Standzeit von vielen
Jahren ausgelegt werden.
Die Drehdurchführung der Gaszuleitung, im höchstens vorerwärmten Bereich
liegend, kann beispielsweise durch eine kostengünstige Gleitring-Abdichtung aus Siliziumkarbid ebenfalls auf viele Jahre Standzeit ausgelegt werden.
b) wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das einzige Verschleißteil im Bereich
der heißen Verbrennungsgase, die Brennstoffdüse in der Brennkammer, leicht und von
jedem Betreiber selbst auszuwechseln ist.
c) wurde erfindungsgemäß durch die Anwendung des Stands der Technik aus anderen
Bereichen, beispielsweise Staustrahltriebwerken aus dem Flugzeug - und
Raketenbereich, erreicht, wobei beispielsweise die Brennkammer der Rückstoßdüse in
eine Haupt- und eine ebenfalls mit Stauluft beaufschlagte Nachbrennkammer zur vollständigen Verbrennung aufgeteilt ist, mit einer flußabwärts folgenden Schubdüse.
Anhand der Zeichnungen soll nun die Erfindung näher erläutert werden:
Fig 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aggregates.
Der grundsätzliche und beispielsweise Aufbau zeigt den Generator (1), die
Lagerkonsole (2) mit der darin drehbar gelagerten Motorwelle (4). Eine Kupplung (3)
stellt hier die Antriebsverbindung her. Der im Bereich des Verbrennungsmotors etwa
koaxial zur Motorwelle stationär angebrachten Gaszuleitung (5) schließt eine gasdichte Drehdurchfuhrung (6) an. Die radiale Verbindung der Rückstoßdüsen (8)
mit der Motorwelle dient in diesem Beispiel gleichzeitig als Halter und als Gaszuleitung (7).
Fig 2 zeigt eine schematische Darstellung nach den Ansprüchen 6 und 8:
Dieses Ausfuhrungsbeispiel zeigt gemäß Fig. 1 den Generator (1), die Lagerkonsole
(2) mit der darin drehbar gelagerten Motorwelle (4) sowie die Brenristoffzuleitung (5)
mit der Drehdurchfuhrung (6) und den Rückstoßdüsen (8). Die zylinderförmige
Ummantelung (10) hat einen Lufteinlaß (11) sowie eine Abgasleitung (12). Gemäß
Anspruch 8 sind die Luftansaugöffhungen verschließbar, beispielhaft hier durch
Jalousien (13) angedeutet.
Fig. 3 zeigt eine Rückstoßdüse in vergrößerter Darstellung
Dieses Ausfuhrungsbeispiel einer Rückstoßdüse zeigt die als Halter (7) und
gleichzeitig als Zuleitung
dienende Verbindung zur Motorwelle, die Zündelektroden (14), den Staulufteinlaß
(15), die Brennstoffdüse (16) sowie die Hauptbrennkammer (19), an die sich die Nachbrennkammer (20) anschließt. Die Ummantelung (18) der Hauptbrennkammer ist
mit Schlitzen versehen, sodaß ein Teilstrom der Stauluft für eine stabile Flamme in
letzterer sorgt.
Die Befestigung der Hauptbrennkammer (17) in der Düse ist schaufelartig zur
turbulenten Vermischung der einströmenden Stauluft ausgebildet. Die in der Nachbrennkammer vollständig verbrannten Gase werden durch die Düse (21), den
notwendigen Schub erzeugend, ausgestoßen.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen beschriebenen
Ausfuhrungsformen können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zueinander erfindungswesentlich sein.
Claims (10)
1. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung beispielsweise aus Biogas, mit einem
Generator, einem Verbrennungsmotor, der im wesentlichen aus einer Lagerkonsole, einer in der Lagerkonsole drehbar gelagerten und mit dem Generator
antriebsverbundenen Motorwelle besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotationsbewegung über wenigstens eine in einem bestimmten radialen Abstand zur Motorwelle angebrachte Rückstoßdüse erzeugt wird, wobei das Gas in einer
Brennkammer verbrannt wird und die Rückstoßkraft der durch eine Düse ausgestossenen heißen Verbrennungsgase tangential zum Drehkreis der Düsen um die
Motorwelle und mit einem dem Drehkreisradius entsprechenden Wirkabstand das erforderliche Antriebsmoment bewirkt.
2. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung gemäß Anspruch 1,dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr im Bereich des
Verbrennungsmotors über eine stationäre Leitung etwa koaxial zur Motorwelle erfolgt, eine gasdicht ausgeführte Drehdurchführung anschließt und daraufhin die
mitrotierende Zuleitung entsprechend der gewählten Anzahl der Rückstoßdüsen verzweigt und das Gas letzteren zuleitet.
3. Gasbetriebenes Aggregat nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, d a
durch gekennzeichnet, daß die Rückstoßdüsen als Staustrahltriebwerke
ausgelegt sind wobei die erforderliche Stauluftgeschwindigkeit im Staulufteinlaß der
Brennkammer durch die Umfangsgeschwindigkeit der in einem bestimmten Abstand zur Motorwelle angebrachten rotierenden Düsen erreicht wird und das Hochfahren
des Aggregats bis zu der für diese Umfangsgeschwindigkeit erforderlichen
Motorwellendrehzahl vom im Anfahrzustand als Motor wirkenden und vom Netz
gespeisten Generator bewerkstelligt wird.
4. Gasbetriebenes Aggregat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Staustrahltriebwerk/e mit
einem solcherart gewählten Wirkabstand zur Motorwelle angebracht und so ausgelegt
ist/sind, daß eine Motorwellendrehzahl von von etwa 3000 l/min bewirkt wird, und
somit kostengünstige zweipolige Drehstrom-Asynchronmotore als Generatoren
verwendet werden können.
5. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erstmalige
oder bei Bedarf mehrmalige Zündung über Hochspannungselektroden erfolgt und die dafür erforderliche Transformation auf die benötigte Hochspannung über einen
T 5 mitrotierenden Transformator erfolgt, dessen Primärseite über Schleifringläufer mit
Strom beispielsweise aus dem Netz versorgt wird.
6. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückstoßdüsen außerhalb ihres größten benötigten Drehkreises um die Motorwelle etwa zylinderförmig ummantelt sind, sodaß die verbrannten Gase zusammengefaßt
einer Abgasleitug zugeführt werden und sowohl im Lufteinlaßbereich als auch im Abgasbereich eine Schalldämmung vorgenommen werden kann.
7. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle etwa speichenartig mit wenigstens einer Laufschaufel oder mit einem
Kranz von Laufschaufeln besetzt ist, sodaß eine zwangsweise Zufuhr von Frischluft
die verbrannten Gase aus dem Bereich der Rückstoßdüsen verdrängt. 30
8. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die etwa zylinderförmige Ummantelung lufteinlaßseitig
mit verschließbaren Luftansaugöfihungen versehen ist und somit die Frischluftzufuhr
je nach gewünschtem Grad der Verbrennung geregelt werden kann.
9. Gasbetriebenes Aggregat zur Stromgewinnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, das die Ummantelung zwecks Wärmerückgewinnung als
Doppelmantel ausgeführt ist, und somit die dafür verwendete Wärmeträgerflüssigkeit,
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• ·
• *
im einfachsten Fall beispielsweise Wasser, für Heizzwecke weiterverwendet werden
kann.
10. Gasbetnebenes Aggregat zur Stromgewinnung nach den Ansprüchen 6,dadurch
gekennzeichnet, das die Ummantelung mit einer Schalldämmung versehen ist.
• *
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29501500U DE29501500U1 (de) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Gasbetriebenes Aggregat zur Stromerzeugung |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29501500U DE29501500U1 (de) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Gasbetriebenes Aggregat zur Stromerzeugung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29501500U1 true DE29501500U1 (de) | 1995-06-08 |
Family
ID=8003193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29501500U Expired - Lifetime DE29501500U1 (de) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Gasbetriebenes Aggregat zur Stromerzeugung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29501500U1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997021915A1 (de) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Klein Hans U | Mittels rotierender rakete angetriebene antriebsmaschine |
| ES2160496A1 (es) * | 1999-06-08 | 2001-11-01 | Orti Javier Porcar | Sistema generador de movimiento mecanico para la produccion de energia electrica mediante la aplicacion y combustion de gas natural. |
| DE10045379A1 (de) * | 2000-09-12 | 2002-03-28 | Juergen Balck | Turbine, für die Energieumwandlung von physikalischer Energie in mechanischer Energie für den Antrieb technischer Geräte |
| DE102006028931A1 (de) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Arno Richard Doerr | Heißdampfturbine |
-
1995
- 1995-02-01 DE DE29501500U patent/DE29501500U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997021915A1 (de) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Klein Hans U | Mittels rotierender rakete angetriebene antriebsmaschine |
| ES2160496A1 (es) * | 1999-06-08 | 2001-11-01 | Orti Javier Porcar | Sistema generador de movimiento mecanico para la produccion de energia electrica mediante la aplicacion y combustion de gas natural. |
| DE10045379A1 (de) * | 2000-09-12 | 2002-03-28 | Juergen Balck | Turbine, für die Energieumwandlung von physikalischer Energie in mechanischer Energie für den Antrieb technischer Geräte |
| DE102006028931A1 (de) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Arno Richard Doerr | Heißdampfturbine |
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