DE9100340U1 - Stromerzeugungsaggregat in Wärmekraftkopplungstechnik - Google Patents

Stromerzeugungsaggregat in Wärmekraftkopplungstechnik

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Description

Stromerzeugungsaggregat in Wärmekraftkopplungstechnik
Die Neuerung betrifft eine Wärmekraftkopplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, wie sie seit Jahrzehnten bekannt ist.
Dabei treibt ein Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator an. Die Abwärme des Verbrennungsmotors wird über einen oder mehrere Kühlwasserkreisläufe (Motorabwärme, Auspuffwärme, Generatorabwärme) genutzt. Diese Kreisläufe werden zur Aufheizung von Wasser benutzt. Der gleichzeitig erzeugte Strom wird entweder vom Betreiber, ganz oder teilweise, selbst verwendet, oder aber in das öffentliche Netz eingespeist.
Bisher bekannte Wärmekraftkopplungen waren, bedingt durch die eingesetzte Motorengröße, überwiegend für die kommunale oder gewerbliche Verwendung eingesetzt.
Bei diesen Einsatzarten wurden meistens für die Geräte eigene Maschinenräume gebaut; daher wurde an die Geräuschdämmung der Geräte keine sehr großen Ansprüche gestellt. Es waren meistens "offene" Maschinen, lediglich die Auspuffgeräusche der Verbrennungsmotoren wurden mit Schalldämpfern gedämmt.
Kleinere Geräte, welche in geringen Stückzahlen auf dem Markt sind, wurden mit "handelsüblichen" Dämmstoffen verkleidet und gekapselt. Es wurden also SchalIdämmelemente, unterschiedlicher Ausführung, eingesetzt, um den Schallpegel zu reduzieren.
In allen Fällen ist einer der beiden Hauptzwecke der "Wärme-Kraftkopplung" die Erzeugung von Wärme. Diese Wärme wird in allen Fällen
"irgendwie" gespeichert, da die "Erzeugung" und die Verwendung in vielen Fällen nicht "zeitgleich" und "bedarfsgleich" erfolgt.
Die Dämmung von Schallwellen ist linear abhängig vom Flächengewicht der "Wände", auf die die Schallwellen treffen. Je höher das Gewicht dieser "Wände", desto besser die Schalldämmung.
Nachteil bei den bisher bekannten Wärmekraftkopplungen ist also, daß zwar Wärme und Strom erzeugt werden kann, daß aber der Aufwand al leine für die Schalldämmung schon relativ groß ist.
Weiterer Nachteil der bekannten Wärmekraftkopplungen ist, daß die Warmwassererzeugung für die Erzeugung von Brauchwasser und Heizungswasser relativ aufwendig ist, weil die hierzu erforderlichen Aggregate extern außerhalb der Aggregate zur Wärmekraftkopplung angeordnet sind und daher viel Platz und großen Bauaufwand benötigen.
Der vorliegenden Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wärmekraftkopplung mit Heizwasser- und Brauchwasseraufbereitung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie wesentlich kostengünstiger herstellbar ist und weniger Platz benötigt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Danach ist es wesentlich, daß die Aggregate der Wärmekraftkopplung in einem Gehäuse eingebaut sind, welches seinerseits in einem Warmwasserspeicher integriert ist.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Neuerung ist also, daß die Aggregate für die Wärmekraftkopplung nun nicht mehr separat von einer Heizwasser- und/oder Brauchwasseraufbereitung angeordnet sind, sondern daß diese Aggregate in einem Gehäuse angeordnet sind, welches Gehäuse selbst in einem Warmwasserspeicher integriert ist. Damit wird der
Vorteil erreicht, daß zum einen die von den Aggregaten der Wärmekraftkopplung erzeugte Wärme auf einfache Weise in den umgebenden Warmwasserspeicher eingeleitet werden kann, wobei es verschiedene Wärmeübertragungsmechanismen gibtm die sich gegenseitig ergänzen und fördern.
Einerseits wird die von den Aggregaten der Wärmekraftkopplung erzeugte Strahlungswärme in den umliegenden Warmwasserspeicher eingeleitet, oder auch die Auspuffwärme in den Warmwasserspeicher übertragen.
Damit ergibt sich eine optimale Wärmeübertragung der von der Wärmekraftkopplung erzeugten Abwärme in den Warmwasserspeicher hinein.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Neuerung liegt darin, daß nun durch die Integration des Gehäuses, welche die Wärmekraftkopplungs-Aggregate aufnimmt, gleichzeitig eine optimale Schalldämpfung gewährleistet wird. Es ist nun nicht mehr - wie beim Stand der Technik - erforderlich, einen Warmwasserspeicher zur Aufbereitung von Heizungswasser und Brauchwasser getrennt zu isolieren und an getrennter Stelle anzuordnen, weil die Warmwasser- und Heizwasser-Aufbereitung in dem Warmwasserspeicher selbst nach der vorliegenden Neuerung erfolgt.
Es bedarf also nur lediglich eines einzigen, alle Aggregate umgebenden Isoliermantels, wodurch wesentlicher Raumbedarf gespart wird und im übrigen die Herstellungskosten wesentlich vermindert werden können.
Neuerungsgemäß ist also die Kammer zur Aufnahme der Aggregate der Wärmekraftkopplung mindestens dreiseitig, bevorzugt jedoch vier- oder mehrseitig, von dem Warmwasserspeicher umgeben.
Damit werden folgende Vorteile erzielt:
1. eine optimale Geräuschdammung
2. ein geringer Flächenbedarf
3. Modul bauweise.
Bei der Modulbauweise ist wesentlich, daß das später zu beschreibende Gerät in vielfacher Anordnung nebeneinanderliegend angeordnet werden kann.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Neuerung ist, daß die Aggregate für die Wärmekraftkopplung im wesentlichen aus einem Verbrennungsmotor bestehen, der bevorzugt als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet ist. Es handelt sich bevorzugt um Hubkolbenmotoren; es können jedoch auch Kreiskolbenmotoren verwendet werden. Als bevorzugtes Antriebsmittel wird hier Gas oder Heizöl (Diesel) verwendet. Die genannten Verbrennungsmotoren treiben über eine mechanische Kopplung einen Elektromotor an, der bevorzugt als Drehstrommotor ausgebildet ist.
Der Antrieb erfolgt hierbei bevorzugt über eine mechanische Kopplung, z. B. über einen Keilriemenantrieb, welcher über eine Kupplung, die bevorzugt als Elektromagnetkupplung ausgebildet ist, den Motor mit dem elektrischen Generator koppelt.
Durch die Anordnung einer mechanischen Kopplung (Keilriemenantrieb) zwischen dem Motor und dem elektrischen Generator besteht der Vorteil, daß entsprechend den Anforderungen am Einsatzort unterschiedliche Motoren unterschiedlicher Leistungsgrößen ohne weiteres in dem Gehäuse auswechselbar angeordnet werden können.
Die Anordnung eines Keilriemenantriebs in Verbindung mit einer Kupplung hat den weiteren Vorteil, daß zum Anlassen zunächst der Generator im Motorbetrieb angelassen wird und dann auf seine Nenndrehzahl hochläuft,
wonach dann die Kupplung eingekoppelt wird und dann der Verbrennungsmotor damit angelassen wird. Er wird dann von dem als Motor arbeitenden Generator hochgezogen auf seine Nenndrehzahl und sobald die Nenndrehzahl erreicht wird, wird der Verbrennungsmotor mit Kraftstoff versorgt, wobei seine Nenndrehzahl über der Nenndrehzahl des Elektromotors liegt. Hat der Verbrennungsmotor seine Nenndrehzahl dann erreicht, wird der Elektromotor auf Generatorbetrieb umgeschaltet.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Neuerung ist, daß auch die Auspuffwärme des Verbrennungsmotors zur Aufheizung des Warmwasserspeichers verwendet wird. Hierzu ist vorgesehen, daß im Warmwasserspeicher mindestens ein Wärmetauscher angeordnet ist, der von den Auspuffgasen durchflossen wird, wobei gleichzeitig noch ein Schalldämpfer angeordnet ist, an dessen Auslass dann das Auspuffrohr ansetzt, welches ins Freie mündet. Die Auspuffgase können, entwärmt oder im "Urzustand", zum Antrieb eines Absorptionskühlaggregates verwendet werden.
Ferner ist vorgesehen, daß der Warmwasserspeicher durch den Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors aufgeheizt wird. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten. In einer ersten Ausführungsform wird ein offener Kühlwasserkreislauf bevorzugt, d.h. das Kühlwasser wird unmittelbar unten aus dem Warmwasserspeicher entnommen, über eine Kühlwasserpumpe dem Verbrennungsmotor zugeführt, und das den Verbrennungsmotor verlassende, erwärmte Kühlwasser wird oben wieder in den Warmwasserspeicher eingespeist.
Die Einspeisung erfolgt so, daß das Kühlwasser sich im Warmwasserspeicher nicht kurzschließen kann.
In einer zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Kühlwasserkreislauf von dem Warmwasserinhalt des Warmwasserspeichers
getrennt ist, hierbei wäre dann ein eigener Wärmetauscher erforderlich, der von dem Kühlwasser durchflossen wird. Dieser Wärmetauscher ist dann im Warmwasserspeicher angeordnet.
Die Aufbereitung des Heizwassers erfolgt dadurch, daß im Warmwasserspeicher ein weiterer Wärmetauscher angeordnet ist, der von dem Heizungswasser durchflossen ist.
Die Aufbereitung des Brauchwassers erfolgt dadurch, daß im Warmwasserspeicher ein weiterer Wärmetauscher angeordnet ist, der von dem Brauchwasser durchflossen ist.
Hierbei kann es aus Platzgründen vorgesehen sein, daß die Wärmetauscher getrennt voneinander im Warmwasserspeicher angeordnet sind; sie können jedoch auch ineinander verschachtelt im Warmwasserspeicher angeordnet sein.
Im übrigen ist es zu Reparatur- und Servicezwecken noch wesentlich, daß die Aggregate der Wärmekraftkopplung (im wesentlichen also der Verbrennungsmotor und der dazugehörende Elektromotor/Generator) auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sind, so daß nach Öffnen einer Zugangstür der Schlitten herausgezogen werden kann und die Aggregate für die Wartung frei zugänglich sind.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Schutzansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Schutzansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen - einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Neuerung anhand von mehreren Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
Es zeigen:
Figur 1: schematisiert die Vorderansicht einer ersten Ausführungsform nach der Neuerung;
Figur 2: Schnitt gemäß der Linie H-II in Figur 1;
Figur 3: eine zweite Ausführungsform im Vergleich zu Figur 1 mit Darstellung weiterer Teile, die auch in Figur 1 vorhanden sind.
Gemäß Figur 1 und 2 besteht der Warmwasserspeicher im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, bevorzugt aus Stahlblech, welches mit einem umlaufenden, in sich geschlossenen Isoliermantel 13 umgeben ist. Der Isoliermantel 13 ist in an sich bekannter Weise z. B. aus Isoliermaterial gebildet, welches von einem Kunststoff- oder einem Stahlblechmantel umgeben ist.
Wichtig ist, daß das Gehäuse 1 aus einem relativ billigen Stahlblech hergestellt werden kann, welches durch einfache Abkantvorgänge fertiggestellt wird und daß das Gehäuse 1 in der Vorderansicht gemäß Figur 1 im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und in der Draufsicht (Figur 2) ebenfalls rechteckig ausgebildet ist. Die Herstellungskosten eines derartigen Gehäuses sind daher sehr gering.
Es ist selbstverständlich von der vorliegenden Neuerung umfaßt, daß das Gehäuse 1 auch rund ausgebildet ist oder auch anders geformt.
-&Igr;&Ogr;-
Entsprechend der vorstehenden allgemeinen Beschreibung ist nun vorgesehen, daß das Gehäuse 1 als Wärmespeicher ausgebildet ist und hierbei ist vorgesehen, daß das Gehäuse 1 mit einer Flüssigkeit 2 vollständig befüllt ist. Die Flüssigkeit 2 kann entweder Wasser sein oder eine Wasser-Kältemischung oder dergleichen mehr.
Neuerungsgemäß ist nun vorgesehen, daß in diesem Wärmespeicher eine Kammer 3 integriert ist, in welcher die Aggregate der Wärmekraftkopplung angeordnet sind. Die Aggregate sind im wesentlichen ein Verbrennungsmotor 4, der über die später noch zu beschreibende mechanische Kupplung mit einem Elektromotor 11 gekoppelt ist, der gleichzeitig im Generatorbetrieb betreibbar ist.
Der Verbrennungsmotor 4 weist hierbei eine Antriebswelle 6 auf, die drehfest mit einer Keilriemenscheibe 7 verbunden ist, an der eine Kupplung 8 angeflanscht ist.
Über die Kupplung 8 läuft der Keilriemen 9, der über die Keilriemenscheibe 10 den Elektromotor 11 antreibt.
In an sich bekannter Weise ist der Verbrennungsmotor 4 entweder als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildet und weist eine untere Ölwanne 5 auf und im übrigen fast alle bekannten Teile eines Verbrennungsmotors. Alle Aggregate 4,11 sind hierbei über einen Schlitten 46 auf einem gehäusefesten Ständer 45 verschiebbar gelagert, so daß der Schlitten in senkrechter Richtung zur Ebene der Figur 3 herausgezogen werden kann und somit leicht einer Wartung zugänglich sind. Hierdurch kann z. B. leicht ein Ölwechsel an der Ölwanne 5 vorgenomen werden.
Wie sich aus Figur 2 ergibt, ist im Bereich der Kammer 3 der Wassermantel 12 des Wärmespeichers unterbrochen, so daß der
Isoliermantel 13 eine vordere und hintere Tür 14,15 bildet. Durch Öffnen einer der Türen 14,15 sind die Aggregate in der Kammer 3 leicht zugänglich.
Hierbei ist im übrigen noch vorgesehen, daß in der einen Tür 15 ein Ansaugdämpfer 16 für die schallgedämpfte Ansaugung der Verbrennungs- und Kühlluft vorgesehen ist, während in der gegenüberliegenden Tür 14 ein Abluftdämpfer 19 vorgesehen ist.
Die Kühlung des Verbrennungsmotors erfolgt über eine Wasserkühlung, die bevorzugt als offener Kühlkreislauf ausgebildet ist. Hierbei wird über ein Rohr 37 das heiße Kühlwasser in Pfeilrichtung 38 durch den Wassermantel des Wärmespeichers hindurchgeführt, wobei das Rohr 37 eine obere Öffnung 39 aufweist, so daß das heiße Kühlwasser in Pfeilrichtung 40 nach oben gerichtet in den Wassermantel eingeleitet wird.
Die Ansaugung des kälteren Kühlwassers erfolgt in Bodennähe des Wärmespeichers über eine Öffnung 35 und ein Rohr 34 und eine Kühlwasserpumpe 36.
Statt des hier beschriebenen offenen Kühlwasserkreislaufs kann der
Kühlwasserkreislauf, bestehend aus den Rohren 34,37, auch geschlossen
sein, wobei zwischen beiden Rohren dann ein Wärmetauscher angeordnet wäre.
Es ist ferner eine Entlüftungsleitung vorhanden, die im wesentlichen aus einem Rohr 42 besteht, welches eine obere Öffnung 41 aufweist und einen unteren, bodennahen Ablaßhahn 43. Über die Öffnung 41 wird sich im oberen Bereich des Wärmespeichers ansammelnde Luft gesammelt und über den bedarfsweise zu öffnenden Ablaßhahn 43 entlassen.
Die Auspuffgase heizen ebenfalls den Wärmespeicher auf. Hierbei zeigen
-12-Figur 1 und 3 verschiedene Ausführungsformen zur Aufheizung.
Die Auspuffgase werden zunächst über das Auspuffrohr 17 aus der Kammer 3 abgeleitet und gelangen somit über das Rohr 17 in den Wärmespeicher, wo sie in einen Wärmetauscher 18 eintreten und diesen aufheizen. Der Wärmetauscher 18 heizt somit das Wasser des Wärmespeichers auf. Am Auslauf des Wärmetauschers 18 gelangen die so abgekühlten Auspuffgase in ein Rohr 20 und dann in einen Schalldämpfer 21, der an der Deckenseite des Gehäuses 1 angeordnet ist. Somit ist der Schalldämpfer 21 von oben her zu Reparatur- und Austauschzwecken zugänglich.
Der Schalldämpfer 21 mündet dann in ein Auspuffrohr 22, durch welches dann die abgekühlten Auspuffgase entströmen und entweder in einen Kamin eingeleitet werden, oder direkt in das Freie entströmen oder für den Antrieb eines Absorptionskühl aggregates genutzt werden, welches zur Klimatisierung von Räumen bestimmt ist.
Die Aufbereitung des Heizungswassers erfolgt über einen Sekundärwärmetauscher 26, der bevorzugt im oberen Bereich 24 des Wärmespeichers angeordnet ist. Hierbei wird es bevorzugt, wenn der Bereich 24 durch ein Lochblech 23, welches den oberen Bereich 24 von einem unteren Bereich 24 trennt, angeordnet ist, um zu erreichen, daß sich im oberen Bereich 24 relativ warmes Wasser sammelt. Durch das Lochblech 23, welches den gesamten Wassermantel durchtrennt, wird also eine Wärmeschichtung mit einem oberen wärmeren Bereich und einem unteren kälteren Bereich 25 erreicht. Der Sekundärwärmetauscher 26 weist an der einen Seite den Vorlauf 30 und an der anderen Seite den Rücklauf 31 für das aufzuheizende Heizungswasser auf.
Zur Brauchwassererwärmung ist ein weiterer Warmwasserspeicher 27 vorgesehen, der ebenfalls einen Vorlauf 28 und einen Rücklauf 29 aufweist.
Aus Platzgründen kann der Warmwasserspeicher 27 im Sekundärwärmetauscher 26 angeordnet sein; d.h. die beiden Wärmetauscher 26,27 sind dann ineinander verschachtelt im Warmwasserspeicher angeordnet.
Der Vergleich der Figuren 1 und 3 zeigt im übrigen noch, daß die Kammer 3 relativ frei im Bereich des Gehäuses 1 angeordnet sein kann.
Das heißt, der Abstand 32 zwischen der Unterkante der Kammer 3 und der Unterkante des Gehäuses 1 ist veränderbar und wird den entsprechenden Erfordernissen angepaßt. Ebenso braucht die Kammer 3 nicht zentrisch im Gehäuse 1 angeordnet zu sein, sondern der seitliche Abstand 33 kann ebenso verändert werden.
Je nachdem, wie die Kammer 3 im Gehäuse 1 angeordnet ist, wird somit die Wärmeübertragung durch Leitung und Strahlung in den Wärmespeicher beeinflußt.
Der gesamte Flüssigkeitsinhalt kann über einen unteren Ablaßhahn 44 abgelassen werden.
ZEICHNUNGS-LEGENDE
1 Gehäuse
2 Flüssigkeit
3 Kammer
4 Verbrennungsmotor
5 Ölwanne
6 Antriebswelle
7 Keilriemenscheibe
8 Kupplung
9 Keilriemen
10 Keilriemenscheibe
11 Elektromotor
12 Wassermantel
13 Isoliermantel
14 Tür
15 Tür
16 Ansaugdämpfer
17 Auspuffrohr
18 Wärmetauscher
19 Abluftdämpfer
20 Rohr
21 Schalldämpfer
22 Auspuffrohr
23 Lochblech
24 Bereich
25 Bereich
26 Sekundärwärmetauscher
27 Warmwasserspeicher
28 Vorlauf
29 Rücklauf
30 Vorlauf
31 Rücklauf
32 Abstand
33 Abstand
34 Rohr
35 Öffnung
36 Kühlwasserpumpe
37 Rohr
38 Pfeil richtung
39 Öffnung
40 Pfeilrichtung
41 Öffnung
42 Rohr
43 Ablaßhahn
44 Ablaßhahn
45 Ständer
46 Schlitten

Claims (6)

  1. 'S, cn &ogr; ro
    PATENTANWALT
    DR.-ING. PETER RIESLING
    Dipl.-Ing. EUROPEAN PATENT ATTORNEY
    Unsere Zeichen / our ref.:
    J 363-15-ka
    Bitte in der Antwort wiederholen
    D-8990 Lindau (Bodensee)
    Rennerle 10 ■ Postfach 3160
    Ihr Zeichen Ihre Nachricht vom Datum
    Your ref. Your letter of Date
    10. Januar 1991
    Betreff:
    Anmelder: Herr Volker Immler und Herr Alfons Dominik Repnik
    Postfach 12 54, 8999 Weiler/Allgäu
    Schutzansprüche
    1. Stromerzeugungsaggregat mit einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat (4,11) in einer von einem Gehäuse (1) umschlossenen Kammer (3) angeordnet ist, die über einen Wassermantel (12) von einem Isoliermantel (13) umgeben ist.
    Telephon: Telex: Facsimile/Telefax: •m Lindau (0 83 82) 5 43 74(patent-d) +49-8382 -7 80 27 7 80 25 Telegramm-Adresse: patri-lindau
    Bankkonten: Postscheckkonto
    Bayer. Vereinsbank Lindau (B) Nr. 1257110(BLZ 735 200 74) München 414 848-
    Hy-po-Bank Lindau (B) Nr. 66 70-326 843 (BLZ 733 204 42) (BLZ 700100 80) -/olkshanK Lindau (B) Nr. 51 222 000 (BLZ 735 901 20)
    -2-
  2. 2. Stromerzeugungsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Warmwasserspeicher (12) mindestens ein Wärmetauscher (18,26) angeordnet ist, der von den Auspuffgasen des Verbrennungsmotors (4) durchströmt ist.
  3. 3. Stromerzeugungsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß ein Schalldmäpfer (19) vorgesehen ist.
  4. 4. Stromerzeugungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Aggregat ein Absorptionskühl aggregat angeschlossen ist.
  5. 5. Stromerzeugungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserspeicher (12) an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
  6. 6. Stromerzeugungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat (4,11) auf einem Schlitten befestigt ist und über eine Tür frei zugänglich ist.
DE9100340U 1991-01-12 1991-01-12 Stromerzeugungsaggregat in Wärmekraftkopplungstechnik Expired - Lifetime DE9100340U1 (de)

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