DE69703334T2 - Wärmerückgewinnungsvorrichtung für Wärme-Kraftsysteme mit einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Wärmerückgewinnungsvorrichtung für Wärme-Kraftsysteme mit einer Brennkraftmaschine

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmerückgewinnungs- oder Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für eine Einspeismaschine (feeding engine), d. h. ein cogeneratives System (Wärmekraftsystem) mit einer Brennkraftmaschine, das zur Wiedergewinnung der /Wärmeenergie eines Abgases als elektrische Energie und Energie zur Heißwassererzeugung durch einen Wärmeaustauscher geeignet ist.
  • In einer Dieselbrennkraftmaschine wird Leichtöl im Allgemeinen als Kraftstoff in einer Verbrennungskammer verbrannt. Das Leichtöl hat einen hohen Cetanwert und eine nicht so hohe Viskosität und ist geeignet, einen zerstäubten Kraftstoff gleichförmig in einer Verbrennungskammer zu dispergieren. Um die Teilchen und NOx-Komponenten im Abgas aus einer herkömmlichen Dieselmaschine stark zu reduzieren, wird die Luft in einer Verbrennungskammer unter hohem Druck komprimiert, und es wird Kraftstoff in die erhaltene Luft eingespritzt, wodurch die Zerstäubung der Gasmischung in der Verbrennungskammer erreicht wird. Allgemein umfassen die in einer Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffe Benzin, Leichtöl, Erdgas und Schweröl. Ein üblicher Generatorsatz eines cogenerativen Systems besteht meist aus einem System, in welchem ein Generator an einer Brennkraftmaschine angebracht ist. Da eine Dieselbrennkraftmaschine Leichtöl als Kraftstoff verwendet, erhöhen sich die Kraftstoffkosten bei der Erzeugung von Elektrizität durch eine Dieselmaschine, so daß ein die Erzeugungskosten betreffender Vorteil nicht sichergestellt werden kann.
  • Eine bekannte cogenerative Brennkraftmaschine, die Erdgas als Kraftstoff verwendet, ist beispielsweise in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 33707/1994 beschrieben. Diese cogenerative Brennkraftmaschine ist zur Erzeugung von Dampf durch die Abgasenergie geeignet, und die Dampfenergie wird als elektrische Energie wiedergewonnen, wodurch der thermische Wirkungsgrad verbessert wird. Bei dieser Brennkraftmaschine wird ein Turbolader durch die Abgasenergie und eine mit Generator arbeitende Energiewiedergewinnungsvorrichtung durch die Abgasenergie aus dem Turbolader angetrieben. Die Wärmeenergie des Abgases aus der Energiewiedergewinnungsvorrichtung wird in einem ersten Wärmeaustauscher in Dampf umgewandelt, und eine Dampfturbine wird durch diesen Dampf angetrieben, um die Energie als elektrische Energie wiederzugewinnen, wobei Heißwasser in einem zweiten Wärmeaustauscher durch den Hochtemperaturdampf aus der Dampfturbine erzeugt wird, um das Heißwasser als zu lieferendes Heißwasser zu verwerten.
  • Wenn Schweröl als Kraftstoff in einer eine Dieselbrennkraftmaschine verwendenden Einspeisvorrichtung verwendet werden kann, können die Kraftstoffkosten stark verringert werden. Um daher Schweröl unter einem hohen Druck in eine Verbrennungskammer einzuspritzen, ist es vorstellbar, dem Schweröl durch Erhitzung desselben Fluidität zu verleihen.
  • Die Anmelderin entwickelte daher Dieselbrennkraftmaschinen, die Schweröl als Kraftstoff verwenden, und reichte Patentanmeldungen dafür ein, die beispielsweise die Japanischen Patentanmeldungen Nr. 46956/1996, 151910/1996 und 151911/1996 (Veröffentlichtungen Nr. 217624/1997, 317470/1997 und 317471 /1997) umfassen.
  • In einer Dieselbrennkraftmaschine werden im wesentlichen 50% der Energie eines Kraftstoffs in Form von Abgas ausgestoßen. Wenn daher eine Dieselbrennkraftmaschine als Einspeismaschine in städtischen Bereichen eingesetzt wird, stellt die in Form eines Abgases abgegebene Wärmeenergie Probleme dar. Insbesondere wenn das Abgas aus einer Brennkraftmaschine unverändert in die Umgebungsluft ausgestoßen wird, steigt die Umgebungstemperatur und bewirkt eine Beeinträchtigung der Umweltbedingungen. Darüber hinaus steigen die Kraftstoffkosten, so daß Probleme der Einsparung der Resourcen entstehen.
  • Die Wiedergewinnung der Wärmeenergie eines aus einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgases kann erreicht werden, indem ein Turbolader und eine Wärmewiedergewinnungsturbine in einem Abgasrohr vorgesehen werden. Wenn beispielsweise ein Abgas 900ºC Wärmeenergie aufweist, wird ein Teil der Energie durch einen Turbolader wiedergewonnen, und die Temperatur des aus dem Turbolader ausgestoßenen Abgases sinkt auf etwa 600ºC. Das vom Turbolader ausgestoßene Abgas wird durch die Energiewiedergewinnungsturbine geleitet, wodurch die Wärmeenergie wiedergewonnen wird, um die Temperatur des Abgases auf etwa 500ºC abzusenken. Um die Wärmeenergie des Abgases, das aus der Energiewiedergewinnungsturbine ausgestoßen wird, weiter rückzugewinnen und die Temperatur des Abgases zu reduzieren, wird ein Wärmeaustauscher auf der Abströmseite der Energiewiedergewinnungsturbine vorgesehen.
  • In einem cogenerativen System mit einer aus einer Dieselbrennkraftmaschine bestehenden Brennkraftmaschine ist es erforderlich, daß der thermische Wirkungsgrad durch Verwendung von Schweröl oder Erdgas als Kraftstoff verbessert und dadurch die Kraftstoffkosten reduziert werden, und daß die Umweltbedingungen durch die von der Brennkraftmaschine ausgestoßene Wärmeenergie nicht verschlechtert werden. Besonders in einem städtischen Bereich ist es erforderlich, daß der Einfluß der Wärme des aus einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgases reduziert wird. Daher besteht bei einer Einspeismaschine das Problem, die Wärmeenergie aus einem Abgas wirksam wiederzugewinnen. Um dieses Problem zu lösen, ist es erforderlich, daß die Konstruktion eines Wärmeaustauschers, durch welchen das Abgas und Wasser geleitet werden, so entwickelt wird, daß eine wirksame Wiedergewinnung der Wärmeenergie aus einem Abgas sowie eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Dauerbeständigkeit bezüglich eines Abgases und Wasser ermöglicht werden.
  • US-5194154 beschreibt einen Filter oder Wärmeaustauscher, der aus einer geschmolzenen Einkristall-Keramik mit Nadelgefüge besteht.
  • WO-A-96/1600 beschreibt Keramikstrukturen mit verbesserter Beständigkeit gegen Wärmeschock und hohe Temperaturen.
  • Ein Ziel der Erfindung ist die Lösung dieser Probleme sowie die Schaffung einer Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für ein cogeneratives System mit einer Brennkraftmaschine, d. h. einer Einspeismaschine, das geeignet ist, den schlechten Einfluß von Wärmeenergie auf die Umgebung zu verringern, indem in einer Abgasleitung ein Turbolader mit einem von Abgas aus der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator sowie eine Energiewiedergewinnungsturbine vorgesehen und die Temperatur des Abgases von etwa 500ºC beim Austritt aus der Energiewiedergewinnungsturbine auf etwa 100ºC reduziert werden, indem dieses Abgas durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird, der auf der Abströmseite der gleichen Turbine vorgesehen wird, und welches aus einem korrosionsbeständigen und oxidationsbeständigen Keramikmaterial gebildet ist, um den Wärmeaustauscher nicht durch das Abgas zu korrodieren und die Dauerbeständigkeit desselben zu verbessern.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für ein cogeneratives System mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Wärmewiedergewinnungsvorrichtung aufweist: einen Turbolader, der durch Abgas aus einer Brennkraftmaschine angetrieben, und in einem Abgaskanal vorgesehen ist, eine Energiewiedergewinnungsturbine, welche in dem Teil des Abgaskanals vorgesehen ist, der auf der Abströmseite des Turboladers gelegen ist, und welche einen ersten Generator aufweist, sowie einen Wärmeaustauscher, der in dem Teil des Abgaskanals vorgesehen ist, welcher auf der Abströmseite der Energiewiedergewinnungsturbine gelegen ist, und welcher ein Gehäuse aufweist, das mit dem Abgaskanal verbunden ist, wobei die Energiewiedergewinnungsturbine mit einer Gasturbine versehen ist, die durch vom Turbolader ausgestoßenes Abgas angetrieben wird, sowie mit einer Dampfturbine, welche durch im Wärmeaustauscher erzeugten Dampf angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher oxidationsbeständige Keramikrohre, durch welche Wasser und Dampf strömen können und die im Gehäuse vorgesehen sind, und oxidationsbeständige poröse Keramikteile aufweist, durch welche das Abgas strömen kann und die im Gehäuse an den Außenseiten der Keramikrohre derart angeordnet sind, daß sie mit den Keramikrohren zu einer Einheit verbunden sind; wobei die porösen Keramikteile aus einem reaktionsgesinterten Keramikmaterial mit einer Vielzahl von kontinuierlichen offenen Poren bestehen, und die porösen Keramikteile und die Keramikrohre aus korrosionsbeständigem und oxidationsbeständigem Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid hergestellt sind.
  • Die Energiewiedergewinnungsturbine besteht vorzugsweise aus zwei Flügelrädern einer Gasturbine und einem Rotor.
  • Der Turbolader ist vorzugsweise gebildet, indem darin ein Generator vorgesehen wird, so daß sowohl Superladen als auch Leistungserzeugung durchgeführt werden kann.
  • Keramikgitter oder poröse Materialien werden vorzugsweise in den Keramikrohren im Wärmeaustauscher vorgesehen.
  • Vorzugsweise wird ein feiner Keramikfilm auf einer Innenfläche jedes Keramikrohrs ausgebildet, durch das Wasser und Dampf strömt, indem die Innenfläche mit einem Polymervorläufer mittels Durchleiten des Polymervorläufers unter hohem Druck durch die Rohre und sodann Sintern des erhaltenen Produkts beschichtet wird. Auch wenn daher Sprünge oder Löcher in einer solchen Innenfläche vorhanden sind, werden sie mit dem feinen Keramikfilm abgedeckt oder geschlossen, so daß Wasser oder Dampf nicht durch das Rohr nach außen lecken können. Da die Außenfläche dieses Rohrs so ausgebildet ist, daß sie winzige Vertiefungen und Vorsprünge aufweist, kann das Wasser einem wirksamen Wärmeaustausch mit einem außerhalb des Rohrs strömenden Austauschgas unterworfen werden, so daß das Wasser in Dampf umgewandelt werden kann.
  • Vorzugsweise besteht jedes der Keramikrohre aus einem kalzinierten Rohrkörper, der durch Reaktionssintern eines gemischten Materials erhalten wird, das durch Imprägnierungsmischen eines nichtgewobenen Tuchrohrs aus keramischem Fasermaterial mit Si und Si&sub3;N&sub4; gebildet ist, und jedes der porösen keramischen Teile aus einem reaktionsgesinterten Keramikmaterial mit einer Vielzahl von kontinuierlich offenen Poren besteht, das durch Sintern eines Formkörpers gebildet ist, der durch Anwenden eines thermisch veraschbaren porösen Materials auf eine Außenfläche des kalzinierten Rohrkörpers, Gießen eines Keraiwikschlammes in das poröse Material und Sintern des Formkörpers in einem N&sub2;-Gas gewonnen ist. Daher hat das poröse Keramikteil eine Vielzahl von kontinuierlichen offenen Poren, durch welche das Abgas glatt strömt, und diese offenen Poren ermöglichen eine starke Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, und das durch die in das poröse Keramikteil eingebetteten Rohre strömende Wasser wird wirksam in Dampf umgewandelt.
  • Da diese Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für Einspeismaschinen so aufgebaut ist, wird die Wärmeenergie des Abgases als elektrische Energie durch den Turbolader und die Energiewiedergewinnungsturbine und die Wärmeenergie des Dampfes, die aus dem Wasser im Wärmeaustauscher umgewandelt wird, als elektrische Energie durch die Dampfturbine in der Energiewiedergewinnungsturbine rückgewonnen, wobei das im Wärmeaustauscher auftretende heiße Wasser als Heißwasserenergie rückgewonnen und geliefert wird.
  • Die Temperatur des Abgases, das durch den Turbolader und sodann durch die Energiewiedergewinnungsturbine geleitet worden ist, sinkt auf etwa 500ºC, und wenn das Abgas weiter durch den Wärmeaustauscher geleitet wird, wird das Wasser in Dampf umgewandelt.
  • Daher wird die Wärmeenergie des Abgases wirksam zurückgewonnen. Die Wärmeenergie des Abgases aus der Brennkraftmaschine wird nämlich ausreichend als elektrische Energie und Dampfturbinen-Antriebsenergie wiedergewonnen, und die Temperatur des Abgases, das an die Umgebungsluft ausgestoßen wird, sinkt in zufriedenstellender Weise auf etwa 100ºC. Dementsprechend kann die aus der Brennkraftmaschine ausgestoßene Wärmeenergie minimal gemacht werden und beeinflußt nicht nachteilig die Umgebung.
  • Obowhl das Abgas verschiedene Arten von Oxiden und aktiven Sauerstoff enthält, wird der Wärmeaustauscher aus einem säurebeständigen Keramikmaterial hergestellt, wie Si&sub3;N&sub4; oder SiC, so daß die Dauerbeständigkeit des Wärmeaustauschers verbessert werden kann.
  • Da diese Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für Einspeismaschinen in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist, wird die Wärmeenergie eines Abgases, das aus einer Dieselbrennkraftmaschine ausgestoßen wird, durch den Turbolader, die Energiewiedergewinnungsturbine und den Wärmeaustauscher rückgewonnen und bewirkt kein Ansteigen der Temperatur der Außenluft. Wenn daher beispielsweise eine Dieselbrennkraftmaschine in einem städtischen Bereich betrieben wird, beeinträchtigt sie nicht die Umweltbedingungen.
  • Dementsprechend kann diese Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für Einspeismaschinen beispielsweise auf eine stationäre cogenerative Einspeisvorrichtung angewendet werden, die einen großen Kraftstoffbehälter benutzt und bei der es möglich ist, in wirksamer Weise Schweröl als Kraftstoff zu verwenden, die Kraftstoffkosten und die Kosten für elektrische Leistung stark zu senken und die Vorrichtung innerhalb und außerhalb der Saison, d. h. durch das ganze Jahr, zu verwenden. Kurz gesagt ist diese Vorrichtung sehr zu bevorzugen.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Erläuterungsdarstellung einer Ausführungsform der Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für ein cogeneratives System mit einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2 eine schematische Erläuterungsansicht, welche einen Turbolader in der Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 darstellt;
  • Fig. 3 eine schematische Erläuterungsansicht, welche eine Energiewiedergewinnungsturbine in der Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 darstellt;
  • Fig. 4 einen Schnitt, welcher einen Wärmeaustauscher in der Energiewiedergewinnungsvorrichtung für das cogenerative System mit der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 darstellt;
  • Fig. 5 einen Schnitt, welcher ein Keramikrohr im Wärmeaustauscher der Fig. 4 darstellt; und
  • Fig. 6 eine auseinandergezogene Erläuterungsansicht eines Formkörpers, welche die Herstellungsschritte des Wärmeaustauschers der Fig. 4 darstellt.
  • Eine Ausführungsform der Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für ein cogeneratives System mit einer Brennkraftmaschine, d. h. eine erfindungsgemäße Einspeismaschine, wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
  • Diese Wärmewiedergewinnungsvorrichtung kann auf die cogenerative Brennkraftmaschine, die in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 33707/1994, eingereicht vom Erfinder der vorliegenden Erfindung, beschrieben ist, sowie auf die cogenerativen Einspeisemaschinen mit Verwendung einer Dieselbrennkraftmaschine angewendet werden, die mit einem großen Kraftstoffbehälter versehen sind und in den oben erwähnten Japanischen Patentanmeldungen Nr. 46956/1996, 151910/1996 und 151911/1996 beschrieben sind. Eine Dieselbrennkraftmaschine wird durch die Wiederholung von vier Hüben betrieben, beispielsweise eines Ansaughubes, eines Kompressionshubes, eines Expansionshubes und eines Auslaßhubes, und weist beispielsweise eine Hauptkammer mit wärmeisolierendem Aufbau, die in einem Zylinder ausgebildet ist, eine Wirbelkammer, die in einem Zylinderkopf ausgebildet ist und mit der Hauptkammer durch Verbindungskanäle verbunden ist, sowie einen im Zylinder hin- und hergehenden Kolben auf.
  • Diese Wärmewiedergewinnungsvorrichtung für ein cogeneratives System mit einer Brennkraftmaschine besitzt hauptsächlich einen Turbolader 2, der durch Abgas G aus einer Dieselbrennkraftmaschine 1 angetrieben werden kann und mit einem Generator 8 versehen ist, der in einen Abgaskanal 12 eingebaut ist, eine Energiewiedergewinnungsturbine 3 mit einem Generator 11, die mit einem Abgaskanal 13 versehen ist, der auf der Abströmseite des Turboladers 2 angeordnet ist, und einen Wärmeaustauscher 4, der in einem Abgaskanal 14 vorgesehen ist, der sich auf der Abströmseite der Enexgiewiedergewinnungsturbine 3 befindet. Der Turbolader 2 weist eine Turbine 6, die vom Abgas G angetrieben wird, einen Kompressor 7, der mit der Turbine 6 über eine Welle 28 verbunden ist, und einen Generator (Wechselstrommaschine) 8 auf, der auf der Welle 28 befestigt ist. Der Kompressor 7 ist geeignet, die Luft A anzusaugen und dieselbe als Ansaugluft in die Brennkraftmaschine 1 zu liefern. Die vom Generator 8 im Turbolader 2 erzeugte elektrische Leistung wird als Einspeiseleistung verbraucht, und ein Teil der elektrischen Leistung wird in einer (nicht gezeigten) Batterie angesammelt. Der Generator 8 muß nicht unbedingt im Turbolader 2 vorgesehen sein.
  • Die Energiewiedergewinnungsturbine 3 besteht aus einer Gasturbine 9, die von dem Abgas G angetrieben wird, das aus dem Turbolader 2 durch den Abgaskanal 13 ausgestoßen wird, einer Dampfturbine 10, die durch den im Wärmeaustauscher 4 auftretenden Dampf S angetrieben wird, sowie einem Generator 11, der die Drehkraft der Gasturbine 9 und der Dampfturbine 10 in elektrische Leistung umwandeln kann. Die Energiewiedergewinnungsturbine 3 hat nämlich ein Flügelrad 33 der Gasturbine 9, ein Flügelrad 34 der Dampfturbine 10 und einen den Generator 11 bildenden Rotor 32, der auf einer Welle 31 befestigt ist, welche die zwei Flügelräder 33, 34 miteinander verbindet. Die Gasturbine 9 kann in der gleichen Weise ausgebildet werden wie die Turbine 6 im Turbolader 2. In der Gasturbine 9 wird das Flügelrad aus einem Keramikmaterial gebildet, so daß es eine thermische Beständigkeit gegen das Abgas G und Korrosionsbeständigkeit besitzt. In der Dampfturbine 10 besteht das Flügelrad aus Teilen eines Materials, wie eines Keramikmaterials, so daß es Korrosionsbeständigkeit gegen den Dampf S besitzt. Die Energiewiedergewinnungsturbine 3 ist so ausgebildet, daß eine in der Abgasturbine 9 und der Dampfturbine 10 auftretende Schubkraft und die gegenseitige Anpassung der Teile auf der gleichen Welle berücksichtigt ist.
  • Ein Kanal 22, in welchem Dampf S mit gesunkener Temperatur und Feuchtigkeit fließen, auf der Auslaßsseite der Dampfturbine 10 ist mit einem Kondensator 5 versehen, in welchem der Dampf S und Feuchtigkeit in Wasser W umgewandelt werden. wobei das Wasser W durch einen Wasserkanal 16 zum Wärmeaustauscher 4 zirkuliert wird. In diesem System wirkt der Kondensator 5 als eine Art Akkumulator und arbeitet als Unterstützung für das Hervorrufen einer glatten Zirkulation von Wasser und Dampf. In der Dampfturbine 10 sind die Schaufeln aus einem Keramikmaterial gebildet, um ihre Dauerbeständigkeit zu verbessern, und ein rollenförmiges Gehäuse besteht ebenfalls aus Keramikmaterial. Die vom Generator 11 in der Energiewiedergewinnungsturbine 3 erzeugte elektrische Leistung wird als Einspeiseleistung verbraucht, und die verbleibende elektrische Leistung wird in einer (nicht gezeigten) Batterie angesammelt.
  • Der Wärmeaustauscher 4 weist ein Gehäuse 18 (18A, 18B), das mit dem Abgaskanal 14 verbunden ist, der auf der Abströmseite der Energiewiedergewinnungsturbine 3 angeordnet ist, oxidationsbeständige Keramikrohre 19, in denen Wasser und Dampf strömen und die im Gehäuse 18 vorgesehen sind, sowie oxidationsbeständige poröse Keramikteile 20 auf, durch welche das Abgas G strömen kann und die auf den Außenseiten der Keramikrohre 19 im Gehäuse 18 vorgesehen sind. Das Gehäuse 18 wird hergestellt, indem eines der rohrförmigen Gehäuseteile 18A oder 18B und das andere Gehäuseteil als Abdeckungen zum Schließen beider Enden des rohrförmigen Teils gebildet werden. In jeder der Keramikrohre 19 sind keramische Gitter oder ein poröses Material 21 vorgesehen. Die Temperatur des Abgases G, das durch den Wärmeaustauscher geströmt ist, fällt beispielsweise auf nicht mehr als 100ºC ab, und dieses Abgas wird an die Außenluft durch einen Abgaskanal 17 und in einigen Fällen durch einen Schalldämpfer und ein Dieselteilchenfilter ausgestoßen.
  • Die porösen Keramikteile 20 und Keramikrohre 19 sind aus korrosions- und oxidationsbeständigem Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid hergestellt, und es fließen in ihnen Wasser und Dampf. Die porösen Keramikteile 20 sind beispielsweise durch Reaktionssintern einer Aufschlämmung gebildet, mit der ein poröses Teil 24, das in auseinandergezogenem Zustand in Fig. 6 dargestellt ist, imprägniert ist, sowie aus einem Formkörper 26.
  • Zuerst werden synthetische Teile aus nichtgewobenem Tuchrohr und pulverisierte Körper aus einem gemischten Material hergestellt, das durch Imprägnier-Mischen eines keramischen Fasermaterials aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid mit Si- und Si&sub3;N&sub4;-Pulver erhalten wird, und die nichtgewobenen Tuchrohre des gemischten Materials werden in einem N&sub2;-Gas reaktionsgesintert, wodurch kalzinierte Rohrteile 25 hergestellt werden. Ein Polymervorläufer (Vorläufer von Siliziumnitrid) wird sodann unter hohem Druck durch die kalzinierten Rohrteile 25 geleitet, um den Polymervorläufer auf die Innenflächen dieser Teile 25 anzuwenden oder diese Innenfläche damit zu imprägnieren. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Keramikplatten 23 der kalzinierten Körper mit Löchern 30 versehen, in die die kalzinierten Rohrteile 25 einzupassen sind, und das poröse Teil 24 aus Polyurethanschaum oder Schaumgummi, das bzw. der während des Sinterns desselben thermisch verascht wird, besitzt Bohrungen 29, durch welche die kalzinierten Rohrteile 25 durchzuführen sind. Die Keramikplatten 23 sind an beiden Endflächen des porösen Teils 24 vorgesehen, und die kalzinierten Rohrteile 25 werden durch die Löcher 30 der Keramikplatten 23 und die Bohrungen 29 des porösen Teils 24 eingesetzt. Die kalzinierten Rohrteile 25 sind innen mit Keramikgittern oder einem porösen Keramikmaterial versehen, und eine zusammengesetzte Anordnung dieser Teile wird sodann in eine Form gegeben. Eine keramische Aufschlämmung wird sodann in das poröse Teil 24 gegossen, das auf den Außenseiten der kalzinierten Rohrteile 25 vorgesehen ist, um den Formkörper 26 zu bilden. Der Formkörper 26 wird in einem N&sub2;-Gas reaktionsgesintert, um das poröse Teil 24 thermisch zu sintern, wodurch eine Vielzahl von kontinuierlichen offenen Poren darin geformt wird. Die keramische Aufschlämmung wird zu einem reaktionsgesinterten Keramikmaterial gesintert, und die kalzinierten Rohrteile 25 werden in Keramikrohre 19 gedreht. Das reaktionsgesinterte Keramikmaterial bildet die porösen Keramikteile 20. Keramikfilme 27, in welche der Polymervorläufer umgewandelt worden ist, sind auf den Innenflächen der Keramikrohre 19 gebildet. Die Keramikplatten 23 wirken als Abschirmplatten im Wärmeaustauscher 4.
  • Der den Wärmeaustauscher 4 bildende Sinterkörper wird in der oben beschriebenen Art ausgeformt, um eine Struktur zu erhalten, in welcher die Keramikrohre 19 in die porösen Keramikteile 20 eingebettet sind. Der in der oben beschriebenen Weise hergestellte Sinterkörper wird in einem von den Gehäuseteilen 18A, 18B gebildeten Raum angeordnet, und die Abgasleitungen 14,17 werden mit dem Gehäuseteil 18B verbunden, während der Wasserkanal 16 und der Dampfkanal 15 mit dem Gehäuseteil 18A verbunden werden, wodurch der Wärmeaustauscher 4 gebildet ist. Im Wärmeaustauscher 4 werden die Keramikfilme 27 auf den Keramikrohren 19 und die Keramikplatten 23 so ausgebildet, daß sie die Funktion von Abschirmplatten zum gegenseitigen Abschirmen von Abgas und Wasser oder Dampf in den Gehäuseteilen 18A, 18B erfüllen.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt, tritt das Abgas G in den Wärmeaustauscher 4 über den Abgaskanal 14 ein und führt den Wärmeaustausch mit den Keramikrohren 19 durch, wenn es durch die porösen Keramikteile 20 mit einer Vielzahl von offenen Poren strömt, wobei das Abgas sodann aus dem Abgaskanal 17 ausgestoßen wird. Das Wasser W tritt in den Wärmeaustauscher 4 über den Wasserkanal 16 ein und nimmt Wärmeenergie aus dem Abgas G auf, während es durch die Keramikrohre 19 strömt, um sich in Dampf S zu verwandeln, der aus dem Dampfkanal 15 zur Dampfturbine 10 geleitet wird.

Claims (6)

1. Wärmerückgewinnungsvorrichtung für ein cogeneratives System mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Wärmewiedergewinnungsvorrichtung aufweist:
einen Turbolader (2), der durch Abgas aus einer Brennkraftmaschine (1) angetrieben und in einem Abgaskanal (12) vorgesehen ist, eine Energiewiedergewinnungsturbine (3), welche in dem Teil des Abgaskanals (13) vorgesehen ist, der auf der Abströmseite des Turboladers (2) gelegen ist, und welche einen ersten Generator (11) aufweist, sowie
einen Wärmeaustauscher (4), der in dem Teil des Abgaskanals (14) vorgesehen ist, welcher auf der Abströmseite der Energiewiedergewinnungsturbine (3) gelegen ist, und welcher ein Gehäuse (18A, 18B) aufweist, das mit dem Abgaskanal (14) verbunden ist, wobei die Energiewiedergewinnungsturbine (3) mit einer Gasturbine (9) versehen ist, die durch vom Turbolader (2) ausgestoßenes Abgas angetrieben wird, sowie mit einer Dampfturbine (10), welche durch im Wärmeaustauscher (4) erzeugten Dampf angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß:
der Wärmeaustauscher (4) oxidationsbeständige Keramikrohre (19), durch welche Wasser und Dampf strömen können und die im Gehäuse (18A, 18B) vorgesehen sind, und oxidationsbeständige poröse Keramikteile (20) aufweist, durch welche das Abgas strömen kann und die im Gehäuse (18A, 18B) an den Außenseiten der Keramikrohre (19) derart angeordnet sind, daß sie mit den Keramikrohren (19) zu einer Einheit verbunden sind;
wobei die porösen Keramikteile (20) aus einem reaktionsgesinterten Keramikmaterial mit einer Vielzahl von kontinuierlichen offenen Poren bestehen, und
die porösen Keramikteile (20) und die Keramikrohre (19) aus korrosionsbeständigem und oxidationsbeständigem Sililiziumnitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid hergestellt sind.
2. Wärmewiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher Gitter oder poröse Materialien (21) in den Keramikrohren (19) im Wärmeaustauscher (4) angeordnet sind.
3. Wärmewiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher feine Keramikfilme (27) auf Innenflächen der Keramikrohre (19), durch die Wasser und Dampf strömen, gebildet sind, indem die Innenflächen mit einem Polymervorläufer mittels Durchleiten des Polymervorläufers unter hohem Druck durch die Rohre (19) und sodann Sintern des erhaltenen Produkts beschichtet werden.
4. Wärmewiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher jedes der Keramikrohre (19) aus einem kalzinierten Rohrkörper (25) besteht, der durch Reaktionssintern eines gemischten Materials erhalten wird, das durch Imprägnierungsmischen eines nichtgewobenen Tuchrohrs aus keramischem Fasermaterial mit Si und Si&sub3;N&sub4; gebildet ist, und jedes der porösen keramischen Teile (20) aus einem reaktionsgesinterten Keramikmaterial mit einer Vielzahl von kontinuierlichen offenen Poren besteht, das durch Sintern eines Formkörpers (26) gebildet ist, der durch Anwendungen eines thermisch veraschbaren porösen Materials (24) auf eine Außenfläche des kalzinierten Rohrkörpers (25), Gießen eines Keramikschlammes in das poröse Material (24) und Sintern des Formkörpers (26) in einem N&sub2;-Gas gewonnen ist.
5. Wärmewiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Energiewiedergewinnungsturbine (3) ein erstes Schaufelrad (33), das eine Gasturbine (9) bildet, eine erste Welle (31), an deren einem Endabschnitt das erste Schaufelrad (33) angebracht ist, einen an der ersten Welle (31) angebrachten Rotor, der den ersten Generator (11) bildet, und ein zweites Schaufelrad (34) aufweist, das am anderen Endabschnitt der ersten Welle (31) angebracht ist und die Dampfturbine (10) bildet, wobei die Erzeugung von elektrischer Leistung vom ersten Generator (11) durchgeführt werden kann.
6. Wärmewiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Turbolader (2) eine Turbine (6), die von Abgas aus der Brennkraftmaschine (1) angetrieben wird, eine zweite Welle (28), an deren einem Endabschnitt die Turbine (6) angebracht ist, einen zweiten Generator (8), der an der zweiten Welle (28) angebracht ist, und einen Kompressor (7) aufweist, der am anderen Endabschnitt der zweiten Welle (28) angebracht ist, wobei das Aufladen durch den Kompressor (7) und die Erzeugung von elektrischer Leistung durch den zweiten Generator (8) durchgeführt werden können.
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