DE572486C - Warmwasserheizung durch Verwertung der Abwaerme von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Ausnutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen ist bereits vielfach vorgeschlagen worden, doch konnte sich eine vollkommene Nutzbarmachung· in der Praxis infolge vielfacher Übelstände nicht einbürgern. Die entwickelte Wärme ist der gelieferten mechanischen Energie etwa proportional, dagegen der Wärmebedarf von verschiedenen Umständen abhängig. Im allge-

to meinen war man bisher nur in der Lage, die im Kühlwasser enthaltenen Kalorien wirtschaftlich zu verwerten. Die Übertragung der in den Auspuffgasen enthaltenem Wärme verlangt sehr große Oberflächen, und derartige Apparate sind einer raschen Zerstörung ausgesetzt oder benötigen edlerer Metalle oder sonstiger teurer Stoffe, so daß die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage bisher nicht erzielt werden konnte.

Die bestehenden Schwierigkeiten sollen nun durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst werden, daß das Heizungswasser nicht nur zur Zylinderkühlung benutzt wird, ,sondern auch in einem Oberflächenwärmeauetauscher durch ein ständig umlaufendes Zwischenmittel erwärmt wird, das seinerseits durch die Auspuffgase des Motors in einem besonderen Apparat die nötige Wärmezufuhr erhält.
Zum Ausgleich" des Wärmebedarfs kann sowohl ein Überschuß in der Kraftleistung des Motors als auch eine besondere Heizquelle ausgenutzt werden,, welche entweder selbst" tätig oder durch mit Hand einstellbare Ein- richtungen nach Bedarf eingeschaltet werden.

Hierdurch wird die Wärmeerzeugung jeweils dem wirklichen Bedarf angepaßt und geregelt und gleichzeitig eine billige Apparatur ermöglicht, durch welche die erzeugte ,--' Wärme und Kraft fast restlos nutzbar gemacht werden können und Abnutzungen kaum entstehen. Gleichzeitig ist die Einrichtung auch für Sommerbetrieb geeignet.

Die Verwendung eines umlaufenden Zwischenmittels erzeugt eine Reihe von Vorteilen, von denen einige genannt werden sollen.

Die Wärmeübertragung der Abgase auf die Zwischenflüssigkeit geschieht in einfachster '.-"■ Weise durch eine Einrichtung, in welcher infolge der großen Oberfläche des Füllstoffes der gesamte Wärmeüberschuß dem Zwischenmittel zugeführt wird. Bei jedem Umlauf wird das Zwischenmittel durch die'Füllmasse ■". filtriert, und dadurch werden Öl, Ruß und Schmutzteile zurückgehalten. Ohne große Schwierigkeiten läßt sich ein Verdunsten der Zwischenflüssigkeit verhindern. Der eigent: liehe Wärmeaustauscher zur Übertragung der - Wärme an das Heizungswasser wird kleiner als bei unmittelbarer Beheizung durch;:.die Auspuffgase,, da. erfahrungsgemäß in einem solchen Apparat eine innigere Berührung.dei; Oberflächen zwischen Flüssigkeiten •statt- '3 findet als-zwischen Gasen. " "■·-." ■ .. ·'...

Der Betrieb läßt sich mit allen Brennkraftmaschinen, wie Benzin-, Benzolmotoren, Gasmaschinen, Gasturbinen, Rohölmotoren usw., durchführen. Bei Neuanlagen erscheint es zweckmäßig, die Anwendung mit Dieselmotoren oder Sauggasmotoren durchzuführen. Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.

ίο Beim Winterbetrieb schickt die Brennkraftmaschine ι ihre Abgase durch Leitung i^a und Ventil· 3 in einen mit Füllmasse, wie z. B. Koks, versehenen Kessel 4. Die Auspuffleitung i^a geht zur Ausnutzung der Wärme durch einen Sommerkessel 2 zur Erzeugung von Warmwasser o. dgl.

Das Ventil 3 ist umstellbar, so daß die Abgase entweder in den Kessel 4 oder bei Sommerbetrieb durch Stutzen 43 in einen mit ao dem Kessel 4 verbundenen Kamin 44 gelangen, so daß durch diesen Kamin die Außenluft durch Ventil 38- eingesaugt wird, um das Kühlwasser der Brennkraftmaschine abzukühlen.

Der Kessel· 4 steht in unmittelbarer Verbindung mit einem Wasserbehälter 6., und die Füllmasse ruht auf einem Sieb 45. Durch den Wasserbehälter 6 läuft das Kühlwasser der Brennkraftmaschine mittels Schlange S und Leitung 46 zu einem Wasserbehälter 9 und setzt seinen Weg fort über Ventil 10, Leitung 47 bis zu der Heizkörperanlage 11. Es läuft zurück über Brennkraftmaschine! 1 und Pumpe 8 zu der Heizschlange 5. Sollen die Heizkörper ausgeschaltet werden, so kommt eine besondere Leitung 39 für den Umlauf des Kühlwassers in Betracht.

Das im Kesselunterteil 6 befindliche Wasser wird durch eine Pumpe 7 mit Steigleitung 47 .₀ und Brause 49 über die Füllmasse in Kessel 4 geleitet. Soll die Abgaswärme voll ausgenutzt werden, so ist der Hahn 3, wie aus der Zeichnung ersichtlich, eingestellt und Hahn 38 geschlossen. Wird aber Hahn 38 geöffnet, und Hahn 3 so umgestellt, daß die Abgase in den Kamin 44 gelangen, so erzeugen sie durch. die Düse 43 eine starke Saugwirkung, und die Außenhift dringt durch Hahn 38 in den Kessel 4, wodurch das Umlauf wasser durch Leitung 48,49 auf das Kühlwasser der Brennkraftmaschine abkühlend einwirken kann.

Die Brennkraftmaschine ι treibt eine Dynamomaschine 12 zur Erzeugung elektrischer Energie beispielsweise in einer Lichtanlage 14 oder einem sonstigen elektrischen Verbrauchsnetz unter Zwischenschalten eines Spannungs-■■'. reglerai3. Sodann ist noch ein von Hand einstellbarer Schalter 40 in der Leitung vorgesehen.

- Die Brennkraftmaschine soll groß genug sein, um die nötige Wärme liefern zu können, und stark genug belastet, damit eine genügende Menge Brennstoff zur Verbrennung gelangt. Da die meisten Betriebe eine stark schwankende Belastung haben, ist es notwendig, die Belastung durch einen elektrischen Stromerzeuger künstlich zu regeln, indem die erzeugte elektrische Energie in einem Nutzstromkreis verwertet wird. Der überschüssige Teil, der die künstliche Belastung darstellt, kann zur unmittelbaren Heizung verwendet werden. In den meisten Fällen ist es aber vorteilhafter, elektrische Heizelemente in den Kreislauf des Wassers einzubauen, die man nach Belieben ein- oder ausschalten kann, um die Belastung der Brennkraftmaschine zu regeln. Diese Regelung kann sehr leicht selbsttätig durch einen Regler erfolgen, der die Belastung der Dynamomaschine derart ändert, daß bei steigendem Wärmebedarf die Belastung der Brennkraftmaschine erhöht wird und bei steigender Belastung des elektrischen Nutzstromkreises etwa eingeschaltete künstliche Belastung abgeschaltet wird.

Die ganze selbsttätige Einrichtung zur Regelung der Belastung der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Wärmebedarf der Heizung und in umgekehrter Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung des nutzbaren elekirischen Stromkreises 14 ist in einem gemeinsamen Behälter 15 untergebracht. An diesem Behälter befindet sich ein Solenoid 16, welches vom Nutzstrom durchflossen ist. Eine Feder 17 erlaubt eine Druckregelung für den Anker der Solenoids. Der Anker 18 des Solenoids wird je nach der Größe des durchfließenden Stromes mehr öder weniger angezogen und wirkt dadurch auf einen allseitig geschlossenen Metallbalg 19, der in den mit Öl gefüllten und allseitig hermetisch verschlossenen Behälter 15 eingeschlossen ist. Durch eine Regelungsschraube 20 läßt sich die Feder je nach Bedarf spannen. Eine Stange 21 mit Kolben und Ölbremse dient zur Dämpfung kleiner oder plötzlich eintretender Bewegung. Eine weitere Regelung für das Gefäß 15 geschieht von außen durch die Hand mittels Schraube 23 und Metallbalg 22.

Weiter ragt in das Gefäß 15 ein Metallbalg 25, der teilweise über die Wandung heraustritt und mit seinem zweiten Teil 26, der als Doppelbalg ausgeführt ist, ins Freie geht. Dieser Doppelbalg 26 steht durch Leitungen und 42 mit Fühldosen 35 und 36 in Verbindung. Die Fühldose 35 ragt in das Gefäß 9, und die Fühldose 36 befindet sich in einem der zu heizenden Räume.

Im Gefäß 15 befindet sich ein Quecksilberbehälter 28, in welchen ein Quecksilberstandrohr 27 hineinragt, das mit Erweiterungen versehen ist, in die die elektrischen Kontakte

30 eintauchen. Weiter befindet sich ein elektrischer Kontakt. 31', der zur Leitung führt, im Rohr 27". Bei der in der Zeichnung gezeigten ' Stellung der Quecksilbersäule ist lediglich der tiefste Ansatz des Quecksilberrohres mit dem Kontakt 31 verbunden, und damit wird der unterste Heizwiderstand 34 im Gefäß 9 über einen automatischen. Schalter 33 zum Ein- und Ausschalten der Heizkörper 34 in den Stromkreis eingeschaltet. Die automatischen Schalter 33 werden durch die Elektromagnete. 32 betätigt.

Die Heizungseinrichtung ist gebaut wie eine gewöhnliche Warmwasserheizumgsanlage.

Das Wasser durchfließt nacheinander den Kühlmantel der Brennkraftmaschine 1, die Pumpe 8, die Heizschlange 5, den elektrischen Wasserwärmer 9, den Umschalter 10, die Heizkörperanlage 11 und gelangt von hier wieder in den Kühlmantel der Brennkraftmaschine. Bei großer-Kälte wird die Klappe 10, wie strichpunktiert angegeben, umgestellt, und das Wasser erhält in dem Heizkessel 37 eine zusätzliche Erwärmung. Bei Somtnerbetrieb jedoch fließt das Wasser durch die Verbindungsleitung 39- statt durch die Heizkörperanlage 11.

Der Auspuff dient unter Umständen dazu, den unabhängigen Warmwasserbereiter 2 zu beheizen. Bei ihrem Austritt aus der Brennkraftmaschine .sind die Gase noch genügend heiß; ebenso ist dieser Kessel verhältnismäßig klein, so daß hier Anfressungen nicht zu befürchten sind.. Die Gase gelangen dann bei Winterbetrieb in den Kühlturm 4, in welchem sie im Gegenstrom ihre Wärme an das Zwischenmittel abgeben, und entweichen alsdann durch ein Auspuffrohr ins Freie. Beim Sommerbetrieb jedoch ist der Hahn 3, jnach Zeichnung strichpunktiert, eingestellt, wobei die Gase unmittelbar in das Auspuffrohr ent¹ weichen. Dasselbe* ist als Düse ausgebildet, durch welche die Gase kalte Luft durch die Öffnung 38 und den Koks des Kühlturms 4 ansaugen, welche dazu dient, das Zwischenmittel abzukühlen. .. . .

Das Zwischenmittel strömt sowohl bei Winter- wie bei Sommerbetrieb in dem.Kühlturm von oben nach unten, in welchem es

go durch die Pumpe 7 gedrückt wird, und sammelt sich in dem Behälter 6, nachdem es seine Wärme bei Winterbetrieb und seine Kälte bei Sommerbetrieb an das in der Kühlschlange 5 fließende Wasser abgegeben hat.

Die Wände der Apparate, die mit diesem Zwischenmittel in Berührung kommen, sind mit einem schützenden Überzug versehen, z. B. Glas, Emaille, Blei, Zinn usw., um Anfressungen zu verhindern.

Der in dem Stromerzeuger erzeugte elektrische Strom wird in gewöhnlicher Weise durch den Nutzstromkreis 14 bei Winterbetrieb sowie bei Sommerbetrieb verbraucht.

Bei Winterbetrieb und bei ungenügender elektrischer Belastung tritt der Regulator 15 in Tätigkeit und sorgt für zusätzliche Belastung in folgender Weise:

Bei sehr kleiner Belastung überwiegt die Federkraft der Feder 17 über die Anziehungskraft des Solenoids 16 gegen den Anker 18. Die Feder drückt daher den Metallbalg 19 weit in das ölgefüllte Gefäß hinein. Die Quecksilbersäule in 27 wird steigen und einen oder mehrere der •Quecksilberkontakte 30 schließen. Dies hat zur Folge, daß die Spulen 32 der betreffenden automatischen Schalter 33 eine Schließung der Hauptkontakte und ein Einschalten der Widerstände 34 bewirken werden.

Bei steigender elektrischer Belastung wird der Anker 18 von dem Solenoid 16 angezogen, wodurch der Metallbalg 19 zusammengezogen wird. Die Quecksilbersäule in 27 wird fallen; die Kontakte 30 werden geöffnet und bewirken ebenfalls eine Öffnung der Kontakte 33 und ein Abschalten der Widerstände 34.

Andererseits wirkt der Temperaturregler 24, 25, 26, 35, 36 in ähnlicher Weise. Derselbe kann entweder in Abhängigkeit -von der Lufttemperatur nach 36 oder in Abhängigkeit von der·Warmwassertemperatur nach 35 arbeiten. Bei steigender Temperatur wird eine Volumenvergrößerung bewirkt, die zur Folge .hat, daß der Metallbalg 26 sich nach außen ausdehnt. Dies hat eine Volumenvergrößerung des Ölbehälters, ein Sinken des Quecksilberspiegels und ein Abschalten von Widerständen zur Folge. Somit entsteht eine Entlastung der Brennkraftmaschine und eine Verringerung der zugeführten Wärme.

Bei fallender Temperatur findet der umgekehrte Vorgang statt.

Für eventuelle Nachregulierungen von Hand sind der Metallbalg 22 und die Regulierschrauibe 23 vorgesehen. Auf diese Weise werden Belastung der Brennkraftmaschine und Wärmebedarf sich gegenseitig regulieren.

Bei einem Wechselstromerzeuger kann an Stelle des angegebenen Solenoids ein Servomotor verwendet werden, dessen Ausschlag der Belastung proportional ist.

Die Anlage kann überall da verwendet werden, wo zugleich elektrische Energie zu Beleuchtungs-, Kraft-, Koch- und Schmelzzwecken und gleichzeitig Wärme in Gestalt von Warmwasser notwendig ist, z. B. für Fabriken, Warenhäuser, Hotels o. dgl. Bei Betrieb mit Dieselmotoren besitzt sie die Vorteile der automatischen Ölfeuerung, wie stete Betriebsbereitschaft, größte Sauberkeit, hohen Wirkungsgrad sowohl in mechanischer als auch in thermischer Hinsicht.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Warmwasserheizung durch Verwertung der Abwärme von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizungswasser nicht nur zur Zylinderkühlung benutzt wird, sondern auch in einem Oberflächenwärmeaustauscher durch ein ständig umlaufendes Zwischenmittel erwärmt wird, das seinerseits durch die Auspuffgase der Brennkraftmaschine in einer besonderen Vorrichtung die nötige Wärmezufuhr erhält.
2. 2. Warmwasserheizung mach Anspruch r, wobei die Brennkraftmaschine einen elektrischen Stromerzeuger antreibt, der einen konstant oder veränderlich belasteten Nutzstromkreis speist, dadurch gekennzeichnet, daß für einen, bestimmten Wärmebedarf der Heizung die Gesamtbelastung der Brennkraftmaschine nahezu konstant bleibt, während eine zusätzliche Last bei steigender Belastung des Nutzstromkreises verringert und bei sinkender Belastung desselben erhöht wird.
3. 3. Warmwasserheizung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffgase im Winter zur Heizung in einem Berieselungsturtne (4) Füllmasse bestreichen, die dabei erwärmt wird und an eine UnilauffLüssigkeit ihre Wärme abgibt, die in einem Oberflächenwärmeaustauscher an das Heizwasser übertragen wild, und daß dieselbe Einrichtung im Sommerbetrieb zur Kühlung des Kühlwassers der Brennkraftmaschine benutzt wird, indem die Auspuffgase anstatt durch die Füllmasse durch eine Düse strömen und Kühlluft durch die Füllmasse saugen, die das Umlaufwasser abkühlt und ihre Temperatur in dem Oberflächenwärmeaustauscher dem Kühlwasser überträgt.
4. 4. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umstellhahn (3) in der Auspuffleitung angeordnet ist, der in der einen Stellung die Auspuffgase durch den Berieselungsturm (4) leitet und in der anderen Stellung durch die Düse (44), um Kühlluft durch den Berieselungsturm zu saugen.
5. 5. Warmwasserheizung nach Anspruch 1 ■bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem allseitig geschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Gefäß (15) Regelvorrichtungen (24, 25, 26), die in Abhängigkeit von der Raumtemperatur oder der Wassertemperatur arbeiten (Temperaturregler), sowie elektrisch bzw. mechanisch bewegte Regelvorrichtungen (16,17,18,19,20,21), die in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung anbeiten (Leistungsregler), ferner von Hand steuerbare Vorrichtungen (22, 23) auf Volumen und Druck der Füllflüssigkeit einwirken können, wobei die resultierenden Drücke und Volumina der Flüssigkeit auf eine Einrichtung wirken, die die Belastung der Brennkraftmaschine verändert.
6. 6. Ausführungsform der Regelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Regelvorrichtungen federnde Metallbälge (19, 25, 26) besitzen, auf die noch besondere Stellvorrichtungen (20,23) einwirken können, und daß die Metallbälge bei dem Temperaturregler durch die Ausdehnung oder Zusammenziehung von Flüssigkeit infolge Einwirkens von Wärme hin und her bewegt werden und bei den Leistungsreglern durch vom Nutzstrom betätigte Solenoide (16) oder Servomotoren, deren Bewegungen durch besondere Vorrichtungen gedämpft sein können, daß ferner die Bewegungen der Metallbälge im Innern des Regelungsgefäßes (15) eine der gewünschten Regelung entsprechende Volumenveränderung-erzeugen, wobei die resultierende Volumenveränderung sowie der resultierende Druck auf eine Quecksilbersäule (27) einwirken, die elektrische Kontakte (30,, 33) schließt oder öffnet, wodurch mittelbar oder unmittelbar elektrische Heizwiderstände (34) ein- oder ausgeschaltet werden, um die Maschinenbelastung zu ändern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen