DE29718545U1 - Upgrade unit to expand the functionality of a motor vehicle with an internal combustion engine for cogeneration and to a cogeneration unit - Google Patents

Upgrade unit to expand the functionality of a motor vehicle with an internal combustion engine for cogeneration and to a cogeneration unit

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Description

Aufrüstungsaggregat zur Funktionserweiterung eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor zur Kraft-Wärmekoppelung und zum Blockheizkraftwerk.Upgrade unit for expanding the functionality of a motor vehicle with a combustion engine for combined heat and power generation and for a cogeneration plant.

BeschreibungDescription

Es handelt sich um die technische Umwidmung von Kraftfahrzeugen jeder Art mit Verbrennungsmotoren (insbesondere landwirtschaftliche Maschinen wie Traktoren, Mähdrescher und Häcksler) durch Anbau bzw. Hinzufügung von Zusatzaggregaten und Leitungen an ihre Antriebs- und Betriebssysteme zur Nutzung des warmen Kühlwassers und für die Erzeugung elektrischer Energie.It involves the technical conversion of motor vehicles of all kinds with combustion engines (in particular agricultural machines such as tractors, combine harvesters and shredders) by attaching or adding additional units and lines to their drive and operating systems to use the warm cooling water and to generate electrical energy.

Durch Einbringen und Einparken der Automobile in einen stationären Container, wird aus einem mobilen Zustand ein stationärer Zustand, der den Einsatz und den Verwendungszweck der Maschine ändert. Der stationäre Verwendungszweck wird jederzeit wenn notwendig wieder in einen mobilen Verwendungszweck zurückgeführt, indem das Automobil den Container verläßt.By bringing and parking the automobiles in a stationary container, a mobile state becomes a stationary state, which changes the use and purpose of the machine. The stationary purpose can be returned to a mobile purpose at any time if necessary by leaving the automobile in the container.

Mit vier Koppelungssystemen wird das stationär eingesetzte Automobil mit Aggregaten verbunden, die im Park-Container installiert sind. Es handelt sich dabeiFour coupling systems connect the stationary vehicle to units that are installed in the parking container. These are

a) um die Koppelung von Antriebsenergie des Automobilmotors mit einem Stromgenerator, der elektrische Energie für externe Anwendungen erzeugt, b) um die Koppelung des Motorkühlsystems mit einem Wärmetauscher, der Wärme an einen Sekundärkreislauf für externe Verwendung abgibt, c) um die Koppelung der Brennstoffversorgung und des Einspeisungsmanagements des Verbrennungsmotors mit einem externen Tank- bzw. Zuleitungssystem, d) um eine Koppelung das Abgassystems des Automobils mit einem stationären Reinigungs-, Entgiftungs- und Filtersystem.a) the coupling of the driving energy of the automobile engine with a power generator, which generates electrical energy for external applications, b) the coupling of the engine cooling system with a heat exchanger, which releases heat to a secondary circuit for external use, c) the coupling of the fuel supply and feed management of the combustion engine with an external tank or supply system, d) the coupling of the exhaust system of the automobile with a stationary cleaning, detoxification and filter system.

Die Wirkungsveränderung des Automobils ist gewerblich anwendbar.The change in the effect of the automobile is commercially applicable.

Die Gebrauchsmusterfähigkeit nach § 1 Abs. 1 GbmG ist gegeben durch die technischen Veränderungen an den originalen Maschinen und durch Zusatzeinrichtungen, die den Verwendungszweck verändern und erweitern sowie durch die gewerbliche Anwendbarkeit. Außerdem geht die beabsichtigte Anwendung der Systemteile, insbesondere solche, die eine Anpassung des im Kraftfahrzeug integrierten Verbrennungsmotors betreffen, über den Stand der Technik hinaus.The utility model capability according to Section 1 Paragraph 1 GbmG is given by the technical modifications to the original machines and by additional devices that change and expand the intended use, as well as by the commercial applicability. In addition, the intended use of the system parts, in particular those that relate to an adaptation of the combustion engine integrated in the motor vehicle, goes beyond the state of the art.

Das Aufrüstungsaggregat (Container und Ausrüstung) funktioniert in folgender Weise: The upgrade unit (container and equipment) works as follows:

Der Verbrennungsmotor (M) des Kraftfahrzeuges wird im stationären Zustand nicht zur Fortbewegung genutzt, sondern zur Erzeugung von kinetischer Energie und ihre Verwandlung in elektrische Energie sowie zur Erzeugung von Wärme für unterschiedliche Zwecke.In a stationary state, the internal combustion engine (M) of the motor vehicle is not used for propulsion, but for generating kinetic energy and converting it into electrical energy as well as for generating heat for various purposes.

Das Kraftfahrzeug wird zu diesem Zweck in einen Stahl- oder Kunststoffcontainer (C) verbracht und darin manuell oder automatisch mit den im Container installierten Aggregaten und Vorrichtungen verbunden. Der Container ist feuerhemmend und schalldicht verschließbar. Im Boden des Containers ist eine Auffangwanne für Betriebsstoffe und sonstige Flüssigkeiten, versehen mit einer Ablassvorrichtung angebracht (1).
Ein Wärmetauscher (W) verbindet den Primärkreislauf (Verbrennungsmotor) mit dem Sekundärkreislauf zur Wärmeauskoppelung (externe Wärmenutzung).
For this purpose, the motor vehicle is placed in a steel or plastic container (C) and is connected manually or automatically to the units and devices installed in the container. The container is fire-retardant and can be sealed soundproof. A collecting tray for operating materials and other liquids, equipped with a drainage device (1), is installed in the base of the container.
A heat exchanger (W) connects the primary circuit (combustion engine) with the secondary circuit for heat extraction (external heat utilization).

Ein Stromgenerator (S) verwandelt die Antriebsenergie des Kfz-Motors in elektrische Energie zur externen Nutzung.A power generator (S) converts the driving energy of the vehicle engine into electrical energy for external use.

Ein Abgaskatalysator (K) stellt die Verbindung zwischen dem Abgassystem des Kraftfahrzeugs und der externen Abgasableitung her.An exhaust catalytic converter (K) establishes the connection between the exhaust system of the motor vehicle and the external exhaust gas discharge.

Anschlußmodule im ContainerConnection modules in the container

Anschlußmodul, mit dem eine mechanische oder hydraulische Kraftübertragung vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Gerätes auf einen Stromgenerator erfolgt, nebst anschließbarer und entfernbarer Hydraulikleitungen bzw. mechanischer Getriebesysteme oder -wellen(2).Connection module with which a mechanical or hydraulic power transmission from the drive engine of the motor vehicle, in particular of an agricultural device, to a power generator takes place, together with connectable and removable hydraulic lines or mechanical transmission systems or shafts(2).

• Anschlußmodul, mit dem das Abgassystem des Verbrennungsmotors mit einem im Container enthaltenen katalytischen Abgasreinigungssystem verbunden wird, nebst einer Leitung (3).• Connection module with which the exhaust system of the combustion engine is connected to a catalytic exhaust gas purification system contained in the container, together with a line (3).

• Anschlußmodul, mit dem flüssige oder gasförmige Treibstoffe (T) dem Vergaserbzw, dem Krafteinspritzsystem des Antriebsmotor zugeführt werden, nebst einer Anschlußleitung. Das Anschlußmodul enthält eine Steuerungseinheit zur Treibstoffregelung für eine konstante Drehzahlhaltung des Antriebsmotors unter unterschiedlichen Lastbedingungen(4).• Connection module with which liquid or gaseous fuels (T) are supplied to the carburetor or the fuel injection system of the drive engine, together with a connection line. The connection module contains a control unit for fuel regulation for maintaining a constant speed of the drive engine under different load conditions (4).

• Anschlußmodul zur Auskoppelung der Verbrennungs- und Reibungswärme aus der Maschinenkühlung, nebst einem Wasseranschluss zwischen Maschine und Wärmetauscher (5). Das Modul umfasst alle wäremeführenden Teile der Maschine, also auch die Abgasführung oder die Ölwanne. Über den Wärmetauscher (W) wird das Warmwasser der externen Verwendung zugeführt.• Connection module for extracting the combustion and friction heat from the machine cooling system, together with a water connection between the machine and the heat exchanger (5). The module includes all heat-conducting parts of the machine, including the exhaust gas duct and the oil pan. The hot water is supplied for external use via the heat exchanger (W).

Die verschiedenen vier Anschlußmodule können auch in einem einzigen Modul integriert sein, das über eine Multifunktionsvorrichtung alle Verbindungen und Funktionen zwischen Antriebsmotor bzw. Kühlsystem und den „Abnehmersystemen" herstellt. The four different connection modules can also be integrated into a single module, which uses a multifunctional device to establish all connections and functions between the drive motor or cooling system and the "consumer systems".

SteuerungseinheitenControl units

• Eine Steuerungseinheit regelt die Energiezufuhr zum Antriebsmotor elektroseitig. Die Einheit wird angesprochen über eine direkte Bedarfssteuerung für den Eigenbedarf (Inselsteuerung). Es ist aber auch eine externe Steuerungseinheit integriert, damit z.B. das abnehmende Energieunternehmen mittels Signalgebung durch externe Steuerungsbefehle (Netzparallelsteuerung) die Betriebskonfiguration beeinflussen kann. Die Steuerungseinheit regelt den konstanten Drehzahlbereich unter unterschiedlichen Lastanforderungen (6).• A control unit regulates the energy supply to the drive motor on the electrical side. The unit is addressed via a direct demand control for the unit's own needs (island control). However, an external control unit is also integrated so that, for example, the energy company receiving the power can influence the operating configuration by signaling through external control commands (grid parallel control). The control unit regulates the constant speed range under different load requirements (6).

• Eine Steuerungseinheit regelt die Energiezufuhr wärmelastabhängig und sie wird angesprochen durch eine direkte Bedarfssteuerung analog zum Wärmeeigenbedarf. Die Steuerungseinheit regelt den konstanten Drehzahlbereich unter unterschiedlichen Wärmeanforderungen(7).• A control unit regulates the energy supply depending on the heat load and is addressed by a direct demand control analogous to the heat requirement. The control unit regulates the constant speed range under different heat requirements (7).

Die Steuerungseinheiten können zu einer einzigen Einheit zusammengefaßt werden.The control units can be combined into a single unit.

MeßeinrichtungenMeasuring devices

• Integrierte Meßeinrichtung (Z) zur elektrischen Energieeinspeisung in das Eigennetz und das Fremdnetz sowie zur Messung der Energieabnahme aus dem• Integrated measuring device (Z) for feeding electrical energy into the own network and the external network as well as for measuring the energy consumption from the

Fremdnetz. Ergänzt wird die Meßeinrichtung durch Datenaufnahme über Aggregatleistungsdaten und die Wärmeenergieeinspeisung in das Eigennetz.External network. The measuring device is supplemented by data recording on unit performance data and the heat energy feed into the internal network.

Der Vorteil des Aufrüstungsaggregates liegt darin, daß durch eine möglichst vollständige Ausnutzung der eingesetzten Energieträger und des Kraftfahrzeugs seine Effizienz bezüglich Wirkungs- und Ausnutzungsgrad gesteigert wird. Dies gilt insbesondere für landwirtschaftliche Maschinen.The advantage of the upgrade unit is that its efficiency in terms of effectiveness and utilization is increased by making the most complete possible use of the energy sources used and the motor vehicle. This applies in particular to agricultural machines.

Die Maschine wird zur Erzeugung von elektrischer Energie (E) und Wärme (W) durch Verwendung von konventionellen, aber auch durch Verwendung von erneuerbaren Energierohstoffen (Rapsöl, Biomasse-Methangas) mittels des Aufrüstungsaggregates eingesetzt. Durch eine hochgradige Wärmeadsorption und -übertragung in ein Eigenbedarfsnetz des Anwenders wird eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades bei der Ausnutzung der Energieträger bzw. der Maschine erreicht. Substitution konventioneller Energieträger, insbesondere im landwirtschaftlichen Betrieb und im Wohnbereich wird erreicht und damit ein feststellbarer Umwelt- und Ressourceneinspar und -schutzeffekt.The machine is used to generate electrical energy (E) and heat (W) by using conventional, but also renewable energy resources (rapeseed oil, biomass methane gas) using the upgrade unit. A high degree of heat adsorption and transfer into the user's own network results in a significant increase in the efficiency of the use of the energy sources or the machine. Substitution of conventional energy sources, particularly in agricultural operations and in the residential sector, is achieved, thus achieving a noticeable environmental and resource saving and protection effect.

Durch eine Anlage zur Abgaskatalysation und -reinigung wird ein erheblicher Beitrag zum Umweltschutz im Sinne der Senkung von CO2-Einträgen in die Luft erreicht. Die Wärmeenergie ist für vielfältige, unterschiedliche Zwecke einsetzbar.A system for exhaust gas catalysis and purification makes a significant contribution to environmental protection in terms of reducing CO2 emissions into the air. The thermal energy can be used for a wide range of different purposes.

Durch die Verbindung des Aggregates mit einem externen Energieabnehmer im Sinne des Netzparallelbetriebes wird die „Stromqualität" für den Eigenbedarf wie auch für die Netzeinspeisung gesichert. Gleichzeitig kann der externe Energieabnehmer auf ein kostengünstiges und umweltfreundliches, dezentral arbeitendes und flexibles Energieerzeugungsverfahren zurückgreifen.By connecting the unit to an external energy consumer in the sense of parallel operation with the grid, the "power quality" is ensured for the unit's own needs as well as for feeding into the grid. At the same time, the external energy consumer can use a cost-effective and environmentally friendly, decentralized and flexible energy generation process.

Schematische FunktionsdarstellunaSchematic functional representation

Claims (1)

Prof. Dr. Wolfgang Schluchter Brandenburgische Technische Universität CottbusProf. Dr. Wolfgang Schluchter Brandenburg University of Technology Cottbus Karl-Marx-Str. 17 03044 CottbusKarl-Marx-Str. 17 03044 Cottbus GebrauchsmusteranmeldungUtility model application Aufrüstungsaggregat zur Funktionserweiterung eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor zur Kraft-Wärmekoppelung und zum BlockheizkraftwerkUpgrade unit for expanding the functionality of a motor vehicle with a combustion engine for combined heat and power generation and for a cogeneration plant SchutzansprücheProtection claims Geschützt werden soll die Verwendung bzw. Funktionserweiterung und Aufrüstung eines Kraftfahrzeuges bzw. des dort installierten Verbrennungsmotors als Kraft-Wärmekoppelungssystem bzw. als stationäres Blockheizkraftwerk im Sinne einer multifunktionalen Maschine, die temporär sowohl als Fortbewegungsmittel (Automobil) bzw. als Funktionsfahrzeug (z.B.Traktor, Mähdrescher, Häcksler, Baumaschine oder mobile Maschinen aller anderer Art) verwendbar ist, als auch temporär als stationäre Maschine zur Erzeugung elektrischer Energie und Wärmeenergie unter Verwendung eines Aufrüstungsaggregates.The aim is to protect the use or functional expansion and upgrading of a motor vehicle or the combustion engine installed therein as a combined heat and power system or as a stationary cogeneration plant in the sense of a multifunctional machine that can be used temporarily both as a means of transport (automobile) or as a functional vehicle (e.g. tractor, combine harvester, shredder, construction machine or mobile machines of all other types), as well as temporarily as a stationary machine for generating electrical energy and thermal energy using an upgrade unit. Der Schutzanspruch erstreckt sich auf das stationäre Aufrüstungsaggregat und die darin miteinander verbundenen Systeme sowie auf alle Anlagen und Vorrichtungen am Automobil bzw. an der Antriebsmaschine, die zur Kraft- und Wärmeausleitung vom Automobil zu den Anlagen und Einrichtungen des Aufrüstungsaggregates benötigt werden und deshalb ebenfalls Teil des Aufrüstungsaggregates sind.The protection claim extends to the stationary upgrade unit and the systems connected therein, as well as to all systems and devices on the automobile or on the drive engine that are required to transfer power and heat from the automobile to the systems and devices of the upgrade unit and are therefore also part of the upgrade unit. Die Schutzansprüche betreffenThe protection claims concern I. stationärseitig 1 Container aus Stahlblech oder hochfestem Kunststoff, ausgerüstet mitI. stationary side 1 container made of sheet steel or high-strength plastic, equipped with a) mechanischen oder hydraulischen Adaptern mit Anschlußventilen
oder -büchsen zur Auskoppelung kinetischer Energie und
Wärmeenergie aus dem Automobil-Antriebssystem,
a) mechanical or hydraulic adapters with connection valves
or cans for the extraction of kinetic energy and
Thermal energy from the automotive drive system,
b) Stromgenerator mit direkter (Zapfwelle, Automobilgetriebeanschluß)
oder indirekter (Hydraulikpumpe/Hydraulikantrieb) Maschinenankoppelung,
b) Power generator with direct (PTO, automotive transmission connection)
or indirect (hydraulic pump/hydraulic drive) machine coupling,
c) Wärmetauscher mit einer Pumpe und externer Ausleitung,c) Heat exchanger with a pump and external discharge, d) Adapter mit Ventil bzw. Buchse für die Brennstoffzuleitung einschließlich
einer Zuflußsteuerungseinheit und externem Tankanschluß,
d) Adapter with valve or socket for the fuel supply line including
a flow control unit and external tank connection,
e) elektrische/elektronische/mechanische Steuerungseinheit für die Motordrehzahl und Motorleistung, interne sowie externe Ansteu
ereinheit
e) electrical/electronic/mechanical control unit for engine speed and engine power, internal and external controls
unit
f) Meßeinrichtung für die Wärmeleistung und -lieferung (Kalorien
zähler) sowie für die elektrische Leistung bei Lieferung in eigene
f) Measuring device for heat output and delivery (calories
meter) and for the electrical power when delivered to your own
und fremde Netze sowie für den Bezug elektrischer Energie aus fremden Netzen (Stromzähler),and external networks as well as for the purchase of electrical energy from external networks (electricity meters), g) Einheit für katalytische Abgasreinigung und Auspuffanschluß sowie Abgasfilter.g) Catalytic exhaust gas purification unit and exhaust connection and exhaust filter. mobilseitig 1 Satz Anbauteile an das Kraftfahrzeug bzw. den Verbrennungsmotor, nämlichOn the mobile side, 1 set of attachments to the motor vehicle or the combustion engine, namely a) Anschluß an Vergaser, Einspritzpumpe oder Direkteinspritzvorrichtung mit Ventilen oder Flanschen oder Muffen sowie festen oder flexiblen Leitungen,a) Connection to carburettor, injection pump or direct injection device with valves or flanges or sleeves and rigid or flexible lines, b) Anschluß an das Motorkühlsystem für die Wärmeausleitung mit Ventilen oder Flanschen oder Muffen sowie festen oder flexiblen Leitungen,b) connection to the engine cooling system for heat dissipation with valves or flanges or sleeves and rigid or flexible pipes, c) Getriebe- oder Zapfwellenanschluß oder Hydraulikanschluß mit Ventilen, Muffen oder Flanschen,c) gearbox or power take-off connection or hydraulic connection with valves, sleeves or flanges, d) Auspuffadapter für Anschluß an die katalytische Abgasreinigung.d) Exhaust adapter for connection to the catalytic exhaust gas purification system. Die Schutzansprüche betreffen demnach die Verbindung eines Kraftfahrzeugs mit dem beschriebenen Aufrüstungsaggregat, das sowohl mobilseitige als auch stationsseitige Komponenten hat, deren Zusammenwirken einen neuen Verwendungszweck, also eine andere Funktionsbestimmung bewirkt.The protection claims therefore relate to the connection of a motor vehicle with the described upgrade unit, which has both mobile and station-side components, the interaction of which results in a new intended use, i.e. a different functional purpose.
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