DE3025052A1 - Deriving useful heating power from heat loss - using Diesel engine driving electric generator feeding exhaust gas heating element - Google Patents
Deriving useful heating power from heat loss - using Diesel engine driving electric generator feeding exhaust gas heating elementInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Wärmeenergie zuMethod and device for generating thermal energy too
Heizzwecken unter Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine.Heating purposes using an internal combustion engine.
Di e Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Wärmeenergie zu Heizzwecken unter Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine, deren Abgas-Restwärme einem Nutz-Wärmetauschmittelkreislauf zugeführt wird und welche eine Bremseinrichtung in Form eines elektrischen Generators antreibt, dessen elektrische Energie wiederum in Wärme umgewandelt und in den Nutz-Wärmetauschmittelkreislauf eingespeist wird.The invention relates to a method for generating thermal energy for heating purposes using an internal combustion engine, the exhaust gas residual heat a useful heat exchange medium circuit is supplied and which a braking device in the form of an electrical generator, which in turn drives its electrical energy is converted into heat and fed into the useful heat exchange medium circuit.
Der deutschen Offenlegungsschrift 27 24 877 ist ein derartiges Verfahren entnehmbar. In bestimmten Fällen kann es wünschenswert sein, den Nutz-Wärmetauschmittelkreislauf möglichst einfach auszubi den und lli cht über den Wärmetauscher, weicher den Wärmeinhal t der Abgase ausnüttz, hinaus zusätzliche Wärmetauscher vorzusehen oder tauchsiederartige Heizschlaugen in den Nutz-Wärmetauschmittelkreislauf einzubauen. Bei Einsatz des vorerwähnten bekannten Verfahrens ist dies nicht möglich, da die elektrische Energie des Generators unmittelbar zur Heizlauf des Wärmetauschmittels des Yutz-Wärmetauschmi ttelkreislaufes verwendet wird.The German Offenlegungsschrift 27 24 877 is such a method removable. In certain cases it may be desirable to use the useful heat exchange medium circuit As simple as possible to train and, via the heat exchanger, softer the heat content t exhaust the exhaust gases, also to provide additional heat exchangers or immersion heater-type To install heating coils in the useful heat exchange medium circuit. When using the the aforementioned known method, this is not possible because the electrical energy of the generator directly to the heating run of the heat exchange medium of the Yutz-Wärmetauschmi ttelkreislaufes is used.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren der eingangs kurz umrissenen Art so auszugestalten, daß die elektrische Energie des Generators unter möglichst einfacher Ausbildung des Nutz-Wärmetauschmittelkreislaufs im Bereich seines der Wärmeaufnahme dienenden Abschnittes in den Sutz-Wärmetauschmittelkreislauf eingeführt werden kann.The object of the invention is to be achieved, a method of the type briefly outlined at the beginning so that the electrical energy of the generator with the simplest possible design of the useful heat exchange medium circuit in the area of its section serving for heat absorption in the Sutz heat exchange medium circuit can be introduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Energie des Generators unmittelbar am oder im Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine in Wärme umgewandelt und zur Erhöhung der Temperatur der den Nutz-Wärmetauschmittelkreislauf beaufschlagenden Abgase der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird.This object is achieved in that the electrical Energy of the generator directly on or in the exhaust duct of the internal combustion engine converted into heat and to increase the temperature of the useful heat exchange medium circuit acting exhaust gases of the internal combustion engine is used.
Die Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Verbrennungskraftmaschine, einem dem Nutz-Wärmetauschmittelkreislauf angehörenden, im Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine liegenden Wärmetauscher und einem mit der VerbrenlluIlgskraftmaschille gekuppelten oder kuppelbaren elektrischen Generator. Eine solche Einrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine zwischen der Verbrennungskraftmaschine uiid dem Wärmetauscher im Abgaskanal angeordnete, an den elektrischen Generator angeschlossene elektrische Heizeinrichtung und durch solche Bemessung des genannten Wärmetauschers, daß dieser auf den erhöhten Wärmeinhalt der Abgase der Verbrennungskraftmaschine aufgrund des Betriebes der elektrischen Heizeinrichtung abgestimmt ist.The invention also encompasses apparatus for performing this Method with an internal combustion engine, a useful heat exchange medium circuit associated heat exchanger located in the exhaust gas duct of the internal combustion engine and one with the combustion engine coupled or can be coupled with the electric Generator. Such a device is characterized according to the invention by a arranged between the internal combustion engine and the heat exchanger in the exhaust gas duct, electrical heater connected to the electrical generator and through such a dimensioning of the said heat exchanger that it is based on the increased heat content the exhaust gases of the internal combustion engine due to the operation of the electrical Heating device is matched.
Der eiitsprechend größer zu dimensionierende Wärmetauscher entzieht also dell Abgasen der Verbrell;lunCskraftmaAchine nicht nur die Abgas-Restwärme oder Verlustwärme, sondern auch die von elektrischen Generator aufgenommene und in Wärme umgewandelete Bremsenergie. Ein komplizierter Aufbau im Bereich des Nutz-Wärmetauschmittelkreislaufes ist nicht erforderlich.The heat exchanger, which is to be dimensioned accordingly larger, withdraws So the exhaust gases from the combustion engine are not just the residual exhaust heat or heat loss, but also that absorbed by the electrical generator and Braking energy converted into heat. A complicated structure in the area of the useful heat exchange medium circuit not necessary.
Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, daß durch eine gallz wesentliche Erhöhung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine vor dem Einströmen in den Wärmetauscher in vielen Fällen eine die Schadstoffemission erniedrigende Nachreaktion der Verbrennungsprodukte stattfindet Diese vorteilhafte Wirkung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der hier vorgeschlagenen Einrichtung dadurch ausgenützt und verstärkt zur Wirkung gebracht werden9 daß der Heizeinrichtung im Abgaskanal ein Filter nachgeschaltet ist, das im Abgas enthaltene Feststoffteilchen, insbesondere Ruß, festzuhalten vermag, wobei die Filterrückstände aufgrund der erhöhten Abgastemperatur abbrennen und somit eire Selbstreinigung des Filters stattfinden kann, ohne daß das Filter in unmittelbarer Nähe des Motorblockes der Verbrennungskraftmaschine und damit im Bereich der höchsten Temperaturen der Motorabgase angeordnet zu sein braucht.In addition, there is the advantage that a gallz essential Increase in the exhaust gases of the internal combustion engine before Inflow in the heat exchanger in many cases a pollutant emission lowering Post-reaction of the combustion products takes place This can have beneficial effect according to a preferred embodiment of the device proposed here thereby be exploited and brought to effect more intensely9 that the heating device in the A filter is connected downstream of the exhaust gas duct, the solid particles contained in the exhaust gas, in particular soot, able to hold on, with the filter residue due to the increased Burn off exhaust gas temperature and thus self-cleaning of the filter takes place can without the filter in the immediate vicinity of the engine block of the internal combustion engine and thus to be arranged in the area of the highest temperatures of the engine exhaust gases needs.
Die vom elektrischen Generator gespeiste Heizeinrichtung bewirkt zuverlässig eine solche Erhöhung der Abgastemperatur, daß eine Entzündung der Filterrückstände erreicht wird. Zu diesem Zwecke können der Generator und die Verbrenrungskraftmaschine auch kurzfristig überlastet werden, um die Heizeinrichtung mit einem erhöhten Strom zu speisen Auch ist es möglich, den Generator hauptsächlich zur Speisung einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe zu verwenden und die Generatorleistung teilweise oder kurzzeitig ganz der Heizeinrichtung zuzuleiten, da die kurzfristige Abtrennung der elektrischen Leitung von dem übrigen @ Heizsystem dessen Betrieb nische wesentlich beeinflußt. Im übrigen sind zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wirds ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezunahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar Figur 1 eine schematische Ansicht einer Sinrichtung zur Erzeugung von Wärmeenergie unter Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine und Figur 2 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer Heizeinrichtung im Abgas kanal der Verbrennungskraftmaschine mit nachgeschalteter Filtereinrichtung.The heating device fed by the electric generator works reliably such an increase in exhaust gas temperature that ignition of the filter residue is achieved. For this purpose, the generator and the internal combustion engine also briefly overloaded to the heater with an increased current to feed It is also possible to use the generator mainly to feed an electrically operated heat pump and the generator output partially or briefly completely to the heating device, since the short-term disconnection of the electrical Management of the rest of the heating system whose operation has a significant influence on the niche. In addition, expedient refinements and developments are the subject of the attached Claims, the content of which is hereby expressly part of the description It will be done without repeating the wording below Embodiments explained in more detail with reference to the drawing. Put it FIG. 1 is a schematic view of a device for generating thermal energy using an internal combustion engine and FIG. 2 shows a partially in section Drawn side view of a heating device in the exhaust duct of the internal combustion engine with a downstream filter device.
Figur 1 zeigt einen Dieselmotor 1, welcher mit einem elektrischer Generator 2 gekuppelt ist. Der elektrische Generator wirkt als Bremse für den Dieselmotor 1, der aufgrund seiner Belastung eine zu Heizzwecken ausnützbare, erhöhte Verlustleistung aufweist. Diese Verlustleistung wird von dem Dieselmotor 1 über den Kiihlwasserkreislauf und in Gestalt der Abgas-Restwärme abgeführt. Während in Figur 1 ein den Wärmeinhalt des Kühlwassers ausniitzender Wärmetauscher zur Vereinfachung der Darstellung nicht wiedergegeben ist, zeigt Figur 1 im Abgaskanal 3 des Dieselmotors 1 eine Wärmetauscher 4, welcher Bestandteil eines in Figur 1 nur schematisch angedeuteten Nutz-Wärmetauschmittelkreislaufes 5 ist.Figure 1 shows a diesel engine 1, which with an electric Generator 2 is coupled. The electric generator acts as a brake for the diesel engine 1, which, due to its load, has an increased power loss that can be used for heating purposes having. This power loss is generated by the diesel engine 1 via the cooling water circuit and dissipated in the form of the residual exhaust gas heat. While in Figure 1 the heat content of the cooling water using heat exchangers to simplify the representation not is shown, Figure 1 shows a heat exchanger in the exhaust duct 3 of the diesel engine 1 4, which part of a useful heat exchange medium circuit, indicated only schematically in FIG 5 is.
Im Zuge des Abgaskanals 3 befindet sich zwischen dem Dieselmotor 1 und dem Wärmetauscher 4 eine elektrische Heizeinrichtung 6, welche von dem elektrischen Generator 2 speist wird und welche eine Erhöhung der Tenperatur der Abgase des Dieselmotors 1 in dem Abgaskanal 3 herbeiführt.In the course of the exhaust duct 3 is located between the diesel engine 1 and the heat exchanger 4, an electrical heating device 6, which of the electrical Generator 2 is fed and which increases the temperature of the exhaust gases from the diesel engine 1 in the exhaust duct 3 brings about.
Die elektrische Energie des Generators 2 kann vollständig oder teilweise in der Heizeinrichtung 6 in Wärme umgewandelt werden.The electrical energy of the generator 2 can be completely or partially be converted into heat in the heating device 6.
Auch kann die Speisung der Heizeinrichtung 6 durch den Generator 2 zeitweise erfolgen, derart, daß eine Umschaltung des Generators 2 von der Ausgangsleitung 8 auf die Ausgangsleitung 7 vorgesehen ist.The heating device 6 can also be fed by the generator 2 take place temporarily, such that a switchover of the generator 2 from the output line 8 is provided on the output line 7.
Der Heizeinrichtung 6 ist ein Rußfilter 9 unmittelbar nachgeschaltet, welches ebenfalls im Zuge des Abgaskanals 3 zwischen dem Dieselmotor 1 und dem Wärmetauscher 4 gelegen ist. Das Rußfilter 9 weist in einem Abgaskanalabschnitt eine Filtermaterialfiillun. 10 aus hitzebeständigem Fasermaterial oder porösem kera -mischen Material auf und ist so ausgebildet, daß die Filterrückstände in einem Selbstreinigungsvorgang sich entzünden und abbrennen, sobald sich die Filtermaterialfüllung über ein bestimmtes blaß hinaus zugesetzt hat.The heating device 6 is followed by a soot filter 9, which is also in the course of the exhaust duct 3 between the diesel engine 1 and the heat exchanger 4 is located. The soot filter 9 has a filter material fill in an exhaust duct section. 10 made of heat-resistant fiber material or porous ceramic material on and is designed so that the filter residues in a self-cleaning process ignite and burn down as soon as the filter material filling is above a certain added pale.
Eine für die Entzündung der Filterrückstände ausreicheiide Temperatur wird zuverlässig erreicht, wenn, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, die Heizeinrichtung 6 in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Filtermaterialfüllung angeordnet ist.A temperature sufficient to ignite the filter residue is reliably achieved if, as shown in FIGS. 1 and 2, the heating device 6 is arranged immediately in front of the filter material filling in the direction of flow.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Heizeinrichtung 6 ein Heizwiderstandsregister 11, dessen einzelne Wendeln beispielsweise in Stern geschaltet und isoliert in einem Gehäuse 12 der Heizeinrichtung gehaltert sein können. Die Heizwiderstände bestehen aus einem bei hohen Temperaturen beständigen Werkstoff, beispielsweise einer Nickel-Chrom-Legierung oder einer Aluminium-Chrom-Eisenlegierung. Auch können als Heizleiter Siliziumrnonoxid-Stäbe eingesetzt werden. Die Zuleitung zu den Heizwiderständen erfolgt über isol ierende Durchführungen 13, welche die Gehäusewand 12 durchdrialgell.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the heating device contains 6 a heating resistor register 11, the individual coils of which, for example, in star connected and insulated can be held in a housing 12 of the heating device. The heating resistors are made of a material that is resistant to high temperatures, for example a nickel-chromium alloy or an aluminum-chromium-iron alloy. Silicon monoxide rods can also be used as heating conductors. The supply line to the heating resistors takes place via insulating bushings 13, which the Housing wall 12 pierced through.
Eine Betrachtung des linken Teiles von Figur 2 macht deutlich, daß der unmittelbar an den Dieselmotor 1 angrenzende Teil des Abgaskanales 3 auf die Abgase eine vergl eichsçeise starke Eühlwirkung ausübt, da in diesem Bereich die blotorkiihlung wirksam ist und auch die von angrenzenden Abgaskanalabschnitt aufgenommene Wärme zum Motorblock hin abführt.A consideration of the left part of Figure 2 makes it clear that the part of the exhaust duct 3 immediately adjacent to the diesel engine 1 on the Exhaust gas exerts a comparatively strong cooling effect, since in this area the blotor cooling is effective and also that absorbed by the adjacent exhaust duct section Dissipates heat to the engine block.
Um dies zu verhindern und eine möglichst hohe Abgastemperatur im Bereich der Filtermaterialfüllung 10 zu erreichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 über einen diinnen Zwischenflansch i4 zwischen dem Motorblock des Dieselmotors 1 und dem Abgaskanalabschnitt 3 ein Futterrohr 15 gehaltert, welches die gekühlten Innenwände im Bereich des Auslasses aus dem Motorblock des Dieselmotors 1 und des Abgaskanalabschnittes 3 vol dem Strömungsweg der Abgase abschirmt und aufgrund der geringen Wärmeleitungsquerschnitte selbst eine erhöhte Temperatur irlnerhalb des Motorblockes annimmt und diese Temperatur in Auslaßrichtung auf ein bestimmtes Stiick in den Abgaskanal 3 gleichsam hineinträgt.To prevent this and to keep the exhaust gas temperature in the area as high as possible to achieve the filter material filling 10 is in the embodiment according to FIG. 2 via a thin intermediate flange i4 between the engine block of the diesel engine 1 and the exhaust duct section 3, a casing 15 is supported, which the cooled Inner walls in the area of the outlet from the engine block of the diesel engine 1 and the Exhaust duct section 3 vol shields the flow path of the exhaust gases and due to the low heat conduction cross-sections even an increased temperature within the Engine block and this temperature in the exhaust direction to a certain piece carries into the exhaust duct 3 as it were.
Es ist festzustellen, daß durch die hier angegebenen Maßnahmen die Temperatur auf der Einlaßseite eines Rußfilters ohne Schwierigkeiten auf etwa 5500 C und darüber erhöht werden kann.It should be noted that the measures specified here Temperature on the inlet side of a soot filter to about 5500 without difficulty C and above can be increased.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |