EP2467583A2 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben von blockheizkraftwerken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben von blockheizkraftwerken

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EP2467583A2
EP2467583A2 EP10768368A EP10768368A EP2467583A2 EP 2467583 A2 EP2467583 A2 EP 2467583A2 EP 10768368 A EP10768368 A EP 10768368A EP 10768368 A EP10768368 A EP 10768368A EP 2467583 A2 EP2467583 A2 EP 2467583A2
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EP
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steam
hot water
heat
water tank
engine
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Application number
EP10768368A
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Inventor
Heinz Herbertz
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Individual
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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for operating cogeneration plants for power generation, for space heating and for the heating of the process water.
  • the European Patent Application 1 962 362 Al discloses the problem that arises from the restriction of heat consumption in the summer months.
  • the solution to the problem is that the exhaust gases are used with the help of fuel cells for power generation.
  • the ratio of electrical power and thermal power in favor of electrical power is improved, the overheating of the hot water tank in the summer will adjust later, but not prevented.
  • Fuel cells are exceptionally expensive and are therefore used primarily for military and aerospace purposes.
  • the object of the invention has been found to solve this problem and to create the opportunity to operate the cogeneration plant with better efficiency and particularly cost.
  • the invention solves this problem by the cooling water of the engine passed through a hot water tank, the heat supplied to the heat consumers, heated in the absence or too low heat loss of the hot water storage to evaporation temperature, derived from further heat supply steam and the hot water storage the evaporation corresponding amount of water is fed, wherein the promotion of the cooling water from the hot water tank to the engine under adjustment of the flow rate to the cooling demand and with a pressure is higher than the vapor pressure in the hot water tank.
  • the cooling of the engine is thus not made by contact of the cooling liquid with the outside air, but by evaporation.
  • the lower temperature difference between the coolant and the cylinder walls is compensated by a higher capacity of the cooling water pump.
  • the hot water tank can be heated up to 100 ° C and with a pressure-resistant container to much higher temperatures.
  • the flow temperature of the heating system can be easily regulated by interposing a heat exchanger and a pump with volume control. Higher temperatures create a larger heat supply for a later heat demand.
  • the steam produced in the hot water storage tank in the absence of heat demand drives a steam engine connected to a generator generating electricity.
  • a steam engine connected to a generator generating electricity.
  • This is a steam turbine, a piston steam engine or other engine.
  • the performance of the steam engine is increased by greatly increasing the vapor pressure in the hot water tank, whereby the capacity of the cooling water pump is increased to achieve sufficient cooling at a higher cooling water temperature.
  • the cooling with cooling water temperatures well above 100 ° C is possible because during the combustion process very high temperatures and thus the necessary for cooling temperature difference is present.
  • the water is kept liquid by higher pump pressure.
  • Condensation minimizes the volume of water vapor and the resulting pressure difference to the steam from the hot water tank ensures the high speed of the steam when driving the steam engine used in addition to power generation. Instead of consuming electricity for the destruction of the heat, additional electricity is generated with the heat.
  • an outside air / steam heat exchanger is used as a condenser. If this is difficult due to structural conditions, it is proposed to pass the steam of the steam engine in a hot water tank, where it condenses and heats a heat exchanger that supplies the consumers in the house. If there is no or too little heat loss, steam is discharged and the missing water is replaced in the hot water tank.
  • the resulting in the cooling of the internal combustion engine steam can be diverted directly into the environment when the lack of heat in power generation occurs only rarely and the larger investment for a steam turbine and a second generator is not worthwhile.
  • the steam is passed to a heat engine for additional power generation.
  • too low power consumption and high heat demand is further proposed to turn on an electric water heater in the heating circuit.
  • the combined heat and power plant works at high power consumption and with any heat demand with a good efficiency.
  • the hot water tank can be heated to 100 ° C and forms a larger reserve.
  • the hot water storage provides steam for a steam engine, which drives a second generator for additional power generation or supports the internal combustion engine, whereby fuel is saved.
  • Heating circuit initiated and the space heating supplied immediately.
  • the hot water storage tank is heated by the cooling water circuit.
  • a rotary piston engine as an internal combustion engine, for example a Wankel engine.
  • These combustion engines are vibration-free, have a small footprint and are very suitable for gaseous fuels.
  • the heat transfer to the cooling water is lower than in reciprocating engines.
  • the device for carrying out the method according to the invention has a hot water tank with connections to the internal combustion engine and a cooling water pump, a heat exchanger with connections to the heat consumers in the home system, a water level controller for producing a water level with distance to the top of the water storage and a steam discharge. By this distance, a large area to evaporate and a space below the steam outlet for collecting the steam are formed in the hot water tank and this evaporation worries the cooling of the engine.
  • a steam engine is installed in the line between the hot water tank and a condenser, which drives a second generator or supports the internal combustion engine.
  • a pressure-resistant hot water storage receives a pressure regulating valve, wherein this is set to a pressure which is lower than the pressure generated by the cooling water pump.
  • a level switch is installed, which controls a solenoid valve for the supply water requirement.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine are passed through a heat exchanger and used as known per se for overheating the steam.
  • the steam engine is a steam turbine which is used to support the internal combustion engine, they must be connected by a transmission and a clutch.
  • the transmission is required because the steam turbine has a higher speed than the internal combustion engine and the clutch disconnects when no steam is available.
  • the discharge means lower consumption of natural gas, diesel etc.
  • Fig. 1 A cogeneration plant in a house with
  • Fig. 2 A combined heat and power plant with steam turbine for support
  • Fig. 3 A combined heat and power plant with Wankel engine, steam turbine and
  • Fig. 4 use of the exhaust steam of the steam turbine.
  • the internal combustion engine 1 with the generator 2 and the exhaust pipe 20 is shown, which is powered by gas, diesel oil or other energy sources with energy.
  • Its cooling circuit consists of a cooling water pump 5 and a line 6 and is connected to the hot water tank 3, which contains a heat exchanger 4. This heated via a line 8 with pump 7 via a mixing valve 13, the space heating circuit 10 with pump 9.
  • the hot water tank 11 is supplied via line 12 and heat exchanger 14 with heat.
  • the control is done by mixing valves 13, the fresh water supply through water pipes 16.
  • a line 15 leads hot water to the consumers.
  • a check valve 25 secures the space heating circuit.
  • the hot water tank 3 is supplied by water pipe 17 via a float valve 19 with water and he has a steam exhaust 18.
  • a chimney 22 is provided for exhaust and Abdampf.
  • Fig. 2 shows a pressure-resistant hot water tank 26, which is connected to the cooling circuit of the internal combustion engine via line 6 and pump 5.
  • a pressure control valve 27 and a steam line 28 connect to a steam turbine 29, which supports the internal combustion engine 1 via a gear 36 and a clutch 37.
  • a condenser 31 for the exhaust steam of the steam turbine 29 is installed outside the building.
  • the hot water tank 26 includes a level switch 33, which opens a solenoid valve 34 in the cold water connection 17 in water shortage.
  • the exhaust pipe 20 passes the exhaust gases of the internal combustion engine 1 through an exhaust heat exchanger 32 which overheats the steam to the chimney 22.
  • the installed in the hot water tank 26 heat exchanger 4 delivers the heat by means of the pump 7 via lines 8 to the heat consumer in the home, with the faster Heat delivery, an electric water heater 35 can be turned on.
  • Fig. 3 shows a combined heat and power plant, in which the internal combustion engine is a Wankel engine whose piston chamber 40 is enclosed by a cylindrical, pressure-resistant housing 41.
  • the cooling liquid is conveyed by a pump 42 into this housing and kept liquid by increased pressure.
  • the port 43 is located near the point where the ignition of the fuel takes place in the piston chamber 40.
  • the generator 2 is connected to the Wankel engine by a belt drive 44.
  • the vapor pressure is adjusted by the pressure regulating valve 27, and the pump 42 introduces cooling water having a higher pressure than the pressure in the hot water reservoir 26 into the housing 41.
  • the line 28 leads the steam to overheat in the heat exchanger 34, which is heated by a pipe 46 from the exhaust gases and then into the steam turbine 29, which drives an additional generator 30.
  • the fuel-air mixture enters the piston chamber 40 at the port 45 and the pipe 20 directs the exhaust gases outside.
  • the heat supply of the house takes place as shown in Fig. 2.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which, as in FIGS. 2 and 3, steam is generated in the hot water tank 26 and passes through the heat exchanger 34 into the steam turbine 29.
  • the exhaust steam of the steam turbine 30 is led into a hot water tank 50 which has been filled by a water connection 51 via float 52 and magnetic valve 53 with water.
  • the exhaust steam pipe 54 immersed with a perforated part in the water, the steam condenses and the heat is transferred to the heat exchanger 4, which supplies the house via line 8 and pump 7 with heat.
  • the container is heated to 100 ° C and removed with further heat steam via the line 55.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Blockheizkraftwerken, durch welche Stromgewinnung aus der Wärme der Motorkühlung ermöglicht und die Stromerzeugung bei fehlender Wärmeabnahme ohne Notkühlung fortgesetzt werden kann. Bei einem Rotationskolbenmotor, der einen Generator zu Stromerzeugung antreibt, ist der Kolbenraum (40) von einem Gehäuse (41) umschlossen, in welchem Heißwasser aus einem Heißwasserbehälter (26) unter hohem Druck zirkuliert. Im Heißwasserbehälter wird Dampf erzeugt, der eine mit einem zweiten Generator verbundene Dampfturbine (29) beaufschlagt. Der Abdampf der Dampfturbine kondensiert in einem Warmwasserbehälter (50), welcher einen Wärmetauscher (4) zur Wärmeversorgung der Wohnanlage enthält. Der Heißwasserbehälter und der Warmwasserbehälter haben einen Wasseranschluss und eine Niveauregelung zum Ersetzen des verdampften Wassers. Bei fehlender Wärmeabnahme wird der Abdampf ins Freie geleitet und die Stromerzeugung in beiden Generatoren kann fortgesetzt werden. Die Erfindung ist besonders geeignet für in großer Anzahl in Häusern installierte Kleinkraftwerke, die gefährliche und umweltschädliche Großkraftwerke ersetzen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Blockheizkraftwerken.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Blockheizkraftwerken zur Stromerzeugung, für die Raumheizung und für die die Erwärmung des Brauchwassers.
Es können fossile Energieträger wie Benzin, Dieselöl oder Erdgas, jedoch auch erneuerbare Energien, wie Biogas, Biodieser oder Pflanzenöl verwendet werden. In beiden Fällen werden durch Blockheizkraftwerke die Energieträger doppelt genutzt.
Bei der Gewinnung elektrischer Energie aus chemischen Energieträgern, fällt immer eine thermische Leistung an, die zur Raumheizung und zur Erwärmung von Brauchwasser verwendet werden kann. Die Energieaufnahme des Verbrennungsmotors wird zu ungefähr einem Drittel in elektrische Energie und zu ungefähr zwei Drittel in thermische Energie umgesetzt. Bei Blockheizkraftwerken ist das Verhältnis von Stromerzeugung und Wärmeabgabe konstant, Stromabnahme und Wärmebedarf jedoch entsprechen zumeist nicht diesem Verhältnis. Deshalb ist für die Speicherung von thermischer Energie ein Warmwasserbehälter vorgesehen.
Falls jedoch in den wärmeren Jahreszeiten keine Raumheizung und wenig warmes Brauchwasser benötigt werden, ist nach kurzer Zeit der Warmwasserbehälter überhitzt, eine Notabschaltung oder Notkühlung wird erforderlich. Zudem wird in wärmeren Ländern mehr Strom für Klimaanlagen und weniger Warmwasser für die Raumheizung benötigt.
Die Europäischen Patenanmeldung 1 962 362 Al zeigt das Problem auf, welches durch die Einschränkung des Wärmeverbrauchs in den Sommermonaten entsteht. Die Lösung des Problems soll darin bestehen, dass die Abgase mit Hilfe von Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden. Damit wird das Verhältnis von elektrischer Leistung und thermischer Leistung zu Gunsten der elektrischen Leistung zwar verbessert, die Überhitzung des Warmwasserspeichers im Sommer wird sich danach später einstellen, aber nicht verhindert. Brennstoffzellen sind außergewöhnlich kostspielig und werden deshalb hauptsächlich für militärische Zwecke und in der Raumfahrt eingesetzt.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 003 333 Al enthält den Vorschlag, eine Turbine mit Generator durch die Abgase des Verbrennungsmotors anzutreiben. Hierdurch wird ebenfalls der Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerks verbessert, das Problem der fehlenden Wärmeabnahme im Sommer jedoch nicht gelöst.
Zunehmend werden Blockheizkraftwerke von Stromversorgern in privaten Häusern eingerichtet, die man bei Bedarf über Funk zur Stromlieferung einschaltet. Der Strombedarf entsteht insbesondere, wenn vom Wetter abhängige Windkraftanlagen ausfallen. Bei unzureichender Wärmeabnahme in der Hausanlage kann das Blockheizkraftwerk aber keinen Strom liefern oder eine Notkühlanlage mit Umwälzpumpen, großen Ventilatoren und hohem Stromverbrauch muss eingeschaltet werden. Es muss also dann ein Teil des erzeugten Stroms verwendet werden thermische Energie zu vernichten.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt dieses Problem zu lösen und die Möglichkeit zu schaffen das Blockheizkraftwerk mit einem besseren Wirkungsgrad und besonders kostengünstig zu betreiben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem das Kühlwasser des Verbrennungsmotors durch einen Heißwasserspeicher geleitet, die Wärme den Wärmeverbrauchern zugeführt, bei fehlender oder zu geringer Wärmeabnahme der Heißwasserspeicher auf Verdampfungstemperatur erhitzt, der bei weiterer Wärmezufuhr entstehende Dampf abgeleitet und dem Heißwasserspeicher die der Verdampfung entsprechende Menge Wasser zugeführt wird, wobei die Förderung des Kühlwassers aus dem Heißwasserspeicher zum Verbrennungsmotor unter Anpassung der Fördermenge an den Kühlbedarf und mit einem Druck erfolgt der höher ist, als der Dampfdruck im Heißwasserspeicher. Die Vorteile liegen vor allem darin, dass die Stromerzeugung für eine Hausanlage und auch für externe Abnehmer unbegrenzt fortgesetzt werden kann, wenn kein oder nur geringer Wärmebedarf besteht und für die notwendige Kühlung kein Strom verbraucht wird. Die Betriebssicherheit ist unbedingt gewährleistet, weil keine Schalteinrichtungen, keine Umwälzpumpen und keine Ventilatoren für die Notkühlung notwendig sind.
Die Kühlung des Verbrennungsmotors erfolgt also nicht durch Kontakt der Kühlflüssigkeit mit der Außenluft, sondern durch Verdampfung. Die geringere Temperaturdifferenz zwischen der Kühlflüssigkeit und den Zylinderwänden wird durch eine höhere Förderleistung der Kühlwasserpumpe ausgeglichen.
Der Heißwasserspeicher kann bis auf 100 ° C aufgeheizt werden und bei einem druckfesten Behälter auf weitaus höhere Temperaturen. Die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage ist durch Zwischenschalten eines Wärmetauschers und einer Pumpe mit Mengenregelung gut regulierbar. Durch höhere Temperaturen wird ein größerer Wärmevorrat für einen späteren Wärmebedarf gebildet.
Durch weitere Erhitzung des Heißwasserspeichers verdampft das Wasser und wird durch Kaltwasser ersetzt. Damit begrenzt die Kühlkapazität nicht die Stromerzeugung. Die Verdampfungswärme von Wasser ist ja bekanntlich sehr groß und die Wasserkosten, welche in dieser Höhe nur anfallen wenn die Hausanlage nicht ausreichend Wärme verbraucht, betragen weniger als 0,01 Euro/KWh, während für den Strom mindestens 0,10 Euro/KWh vergütet wird. Der Eigenverbrauch der Hausanlage, der mindestens 0,20 Euro/KWh spart, kann auch bei fehlendem Wärmebedarf abgedeckt werden. Großkraftwerke verbrauchen auch große Mengen Wasser (in Deutschland: 470 Milliarden Kubikmeter pro Jahr), wobei das Kraftwerk in der Hausanlage noch den Vorteil hat, dass die Transportverluste für Strom entfallen.
In Gebieten mit hohen Wasserpreisen ist eine Rückgewinnung durch Kondensation mittels eines Dampf-Außenluft-Wärmetauschers möglich, der keine Pumpen und Ventilatoren benötigt. Der im Heißwasserspeicher bei fehlendem Wärmebedarf entstehende Dampf treibt gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung eine mit einem stromerzeugenden Generator verbundene Dampfkraftmaschine an. Das ist eine Dampfturbine, eine Kolbendampfmaschine oder sonstige Kraftmaschine.
Die Leistung der Dampfkraftmaschine wird gesteigert, indem man den Dampfdruck im Heißwasserspeicher stark erhöht, wobei die Förderleistung der Kühlwasserpumpe vergrößert wird, um bei einer höheren Kühlwassertemperatur eine ausreichende Kühlung zu erreichen.
Die Kühlung mit Kühlwassertemperaturen weit über 100 ° C ist möglich, weil beim Verbrennungsvorgang sehr hohe Temperaturen entstehen und dadurch die zur Kühlung notwendige Temperaturdifferenz vorhanden ist. Dabei wird das Wasser durch höheren Pumpendruck flüssig gehalten.
Kondensation minimiert das Volumen des Wasserdampfes und die daraus resultierende Druckdifferenz zum Dampf aus dem Heißwasserspeicher sorgt für die große Geschwindigkeit des Dampfes beim Antrieb der zusätzlich zur Stromerzeugung eingesetzten Dampfkraftmaschine. Anstatt für die Vernichtung der Wärme Strom zu verbrauchen, wird mit der Wärme zusätzlich Strom erzeugt.
Als Kondensator wird ein Außenluft/Dampf-Wärmetauscher eingesetzt. Falls dies wegen baulicher Gegebenheiten schwierig ist, wird vorgeschlagen den Abdampf der Dampfkraftmaschine in einen Warmwasserspeicher zu leiten, wo er kondensiert und einen Wärmetauscher beheizt, der die Verbraucher im Haus versorgt. Bei fehlender oder zu geringer Wärmeabnahme wird Dampf abgeleitet und im Warmwasserspeicher fehlendes Wasser ersetzt.
Der bei der Kühlung des Verbrennungsmotors anfallende Dampf kann direkt in die Umgebung abgeleitet werden, wenn der fehlende Wärmeverbrauch bei der Stromerzeugung nur selten auftritt und die größere Investition für eine Dampfturbine und einen zweiten Generator sich nicht lohnt. Falls die Stromerzeugung vorrangig ist, wird erfindungsgemäß der Wasserdampf zur zusätzlichen Stromerzeugung in eine Wärmekraftmaschine geleitet. Bei zu geringer Stromabnahme und großem Wärmebedarf wird weiterhin vorgeschlagen, einen elektrischen Durchlauferhitzer im Heizungskreislauf einzuschalten. Es ist zwar bekannt bei zu geringer Stromabnahme und Wärmebedarf elektrische Heizwiderstände in einem Warmwasserspeicher einzuschalten, der Durchlauferhitzer im Heizungskreislauf wird jedoch wesentlich schneller wirksam.
Durch die Erfindung arbeitet das Blockheizkraftwerk bei hohem Strombedarf und bei jedem Wärmebedarf mit einem guten Wirkungsgrad.
Bei gleichzeitigem Wärme- und Strombedarf:
Der Heißwasserspeicher kann auf 100 ° C erhitzt werden und bildet eine größere Reserve.
Bei Strombedarf und fehlendem Wärmedarf:
Der Heißwasserspeicher liefert Dampf für eine Dampf kraftmaschine, welche einen zweiten Generator zur zusätzlichen Stromerzeugung antreibt oder den Verbrennungsmotor unterstützt, wodurch Brennstoff gespart wird.
Bei Wärmebedarf und fehlendem Strombedarf:
Der Strom aus beiden Generatoren wird in einen Durchlauferhitzer im
Heizungskreislauf eingeleitet und die Raumheizung sofort versorgt.
Gleichzeitig wird durch den Kühlwasserkreislauf der Heißwasserspeicher erhitzt.
Besonders vorteilhaft ist, als Verbrennungsmotor einen Rotationskolbenmotor einzusetzen, beispielsweise einen Wankelmotor. Diese Verbrennungsmotoren sind Vibrationsfrei, haben einen geringen Platzbedarf und sind für gasförmige Brennstoffe sehr gut geeignet. Die Wärmeabgabe an das Kühlwasser ist geringer als bei Hubkolbenmotoren.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt einen Heißwasserspeicher mit Anschlüssen zum Verbrennungsmotor und eine Kühlwasserpumpe, einen Wärmetauscher mit Anschlüssen zu den Wärmeverbrauchern in der Hausanlage, einen Wasserstandsregler zur Herstellung eines Wasserstandes mit Abstand zur Oberseite des Wasserspeichers und eine Dampfableitung. Durch diesen Abstand werden im Heißwasserspeicher eine große Fläche zum Verdampfen und ein Raum unterhalb des Dampfabzugs zum Sammeln des Dampfes gebildet und diese Verdampfung besorgt die Kühlung des Verbrennungsmotors.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird in die Leitung zwischen dem Heißwasserspeicher und einem Kondensator eine Dampfkraftmaschine eingebaut, welche einen zweiten Generator antreibt oder den Verbrennungsmotor unterstützt. Ein druckfester Heißwasserspeicher erhält ein Druckregelventil, wobei dieses auf einen Druck eingestellt wird, der niedriger ist als der von der Kühlwasserpumpe erzeugte Druck. Weiterhin ist ein Niveauschalter eingebaut, der ein Magnetventil für den Speisewasserbedarf steuert.
Die Abgase des Verbrennungsmotors werden durch einen Wärmetauscher geleitet und wie an sich bekannt zum Überhitzen des Dampfes verwendet.
Falls die Dampfkraftmaschine eine Dampfturbine ist, welche zur Unterstützung des Verbrennungsmotors Verwendung findet, müssen diese durch ein Getriebe und eine Kupplung verbunden werden. Das Getriebe ist erforderlich, da die Dampfturbine eine höhere Drehzahl hat als der Verbrennungsmotor und die Kupplung trennt die Verbindung, wenn kein Dampf zur Verfügung steht. Die Entlastung bedeutet geringeren Verbrauch von Erdgas, Diesel usw.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Blockheizkraftwerk in einer Hausanlage mit
Verdampfungskühlung des Verbrennungsmotors.
Fig. 2 Ein Blockheizkraftwerk mit Dampfturbine zur Unterstützung
des Verbrennungsmotors.
Fig. 3 Ein Blockheizkraftwerk mit Wankelmotor, Dampfturbine und
einem zusätzlichen Generator.
Fig. 4 Nutzung des Abdampfs der Dampfturbine. Auf Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 1 mit dem Generator 2 und der Abgasleitung 20 dargestellt, welcher durch Gas, Dieselöl oder andere Energieträger mit Energie versorgt wird. Sein Kühlkreislauf besteht aus einer Kühlwasserpumpe 5 und einer Leitung 6 und ist mit dem Heißwasserspeicher 3 verbunden, der einen Wärmetauscher 4 enthält. Dieser erwärmt über eine Leitung 8 mit Pumpe 7 über ein Mischventil 13 den Raumheizungskreislauf 10 mit Pumpe 9. Der Brauchwasserspeicher 11 wird über Leitung 12 und Wärmetauscher 14 mit Wärme versorgt. Die Regelung erfolgt durch Mischventile 13, die Frischwasserversorgung durch Wasserleitungen 16.
Eine Leitung 15 führt Warmwasser zu den Verbrauchern. Ein Rückschlagventil 25 sichert den Raumheizungskreislauf. Der Heißwasserspeicher 3 wird durch Wasserleitung 17 über ein Schwimmerventil 19 mit Wasser versorgt und er besitzt einen Dampfabzug 18. Die Stromversorgung der Verbraucher im Haus durch den Generator 2 erfolgt über Leitung 23 und die Stromlieferung nach außen über Zähler 24 und Leitung 21. Für Abgas und Abdampf ist ein Kamin 22 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt einen druckfesten Heißwasserspeicher 26, der mit dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors über Leitung 6 und Pumpe 5 verbunden ist. Ein Druckregelventil 27 und eine Dampfleitung 28 verbinden mit einer Dampfturbine 29, die über ein Getriebe 36 und eine Kupplung 37 den Verbrennungsmotor 1 unterstützt. Ein Kondensator 31 für den Abdampf der Dampfturbine 29 ist außerhalb des Gebäudes installiert. Der Heißwasserspeicher 26 enthält einen Niveauschalter 33, welcher bei Wassermangel ein Magnetventil 34 im Kaltwasseranschluss 17 öffnet.
Die Abgasleitung 20 leitet die Abgase des Verbrennungsmotors 1 durch einen Abgaswärmetauscher 32 der den Dampf überhitzt, zum Kamin 22. Der im Heißwasserspeicher 26 installierte Wärmetauscher 4 liefert die Wärme mit Hilfe der Pumpe 7 über Leitungen 8 an die Wärmeverbraucher in der Hausanlage, wobei zur schnelleren Wärmlieferung ein elektrischer Durchlauferhitzer 35 eingeschaltet werden kann. Fig. 3 zeigt ein Blockheizkraftwerk, bei welchem der Verbrennungsmotor ein Wankelmotor ist, dessen Kolbenraum 40 von einem zylindrischen, druckfesten Gehäuse 41 umschlossen ist. Die Kühlflüssigkeit wird durch eine Pumpe 42 in dieses Gehäuse gefördert und durch erhöhten Druck flüssig gehalten. Zweckmäßig befindet sich der Anschluss 43 in der Nähe der Stelle, wo im Kolbenraum 40 die Zündung des Brennstoffs erfolgt. Der Generator 2 ist mit dem Wankelmotor durch einen Riemenantrieb 44 verbunden. Der Dampfdruck wird durch das Druckregelventil 27 eingestellt, wobei die Pumpe 42 Kühlwasser mit einem höheren Druck als der Druck im Heißwasserspeicher 26 in das Gehäuse 41 einleitet. Die Leitung 28 führt den Dampf zum Überhitzen in den Wärmetauscher 34, welcher über ein Rohr 46 von den Abgasen erhitzt wird und dann in die Dampfturbine 29, welche einen zusätzlichen Generator 30 antreibt. Das Brennstoff-Luftgemisch tritt am Anschluss 45 in den Kolbenraum 40 ein und das Rohr 20 leitet die Abgase nach draußen. Die Wärmeversorgung des Hauses erfolgt wie in Fig. 2 gezeigt.
Auf Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem wie in Fig. 2 und Fig. 3 Dampf im Heißwasserbehälter 26 erzeugt und über den Wärmetauscher 34 in die Dampfturbine 29 gelangt. Der Abdampf der Dampfturbine 30 wird jedoch in einen Warmwasserbehälter 50 geleitet, der von einem Wasseranschluss 51 über Schwimmerschaltet 52 und Magnetventil 53 mit Wasser gefüllt wurde. Das Abdampf röhr 54 taucht mit einem perforierten Teil in das Wasser ein, der Dampf kondensiert und die Wärme wird auf den Wärmetauscher 4 übertragen, welcher das Haus über Leitung 8 und Pumpe 7 mit Wärme versorgt. Bei fehlendem Wärmebedarf wird der Behälter auf 100 ° C erhitzt und bei weiterer Wärmezufuhr Dampf über die Leitung 55 abgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben von Blockheizkraftwerken, zur
Stromerzeugung, für die Raumheizung und für die die Erwärmung des Brauchwassers,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlwasser des Verbrennungsmotors durch einen
Heißwasserspeicher geleitet, die Wärme den Wärmeverbrauchern zugeführt, bei fehlender oder zu geringer Wärmeabnahme der
Heißwasserspeicher auf Verdampfungstemperatur erhitzt, der bei weiterer Wärmezufuhr entstehende Dampf abgeleitet und dem Heißwasserspeicher die der Verdampfung entsprechende Menge Wasser zugeführt wird, wobei die Förderung des Kühlwassers aus dem Heißwasserspeicher zum
Verbrennungsmotor unter Anpassung der Fördermenge an den Kühlbedarf und mit einem Druck erfolgt der höher ist, als der Dampfdruck im
Heißwasserspeicher.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der im Heißwasserspeicher entstehende Dampf in eine mit einem stromerzeugenden Generator verbundene Dampfkraftmaschine geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass Druck und Temperatur im Heißwasserspeicher erhöht werden und Dampf mit höherem Druck der Dampfkraftmaschine zugeführt, während die Förderleistung der Kühlwasserpumpe erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dampfkraftmaschine Dampf zugeführt wird, welcher in einem von den Abgasen des Verbrennungsmotors beheizten Wärmetauscher überhitzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abdampf der Dampfkraftmaschine zur Kondensation in einen Warmwasserspeicher geführt, dort über einen Wärmetauscher die
Verbraucher im Haus versorgt und bei zu geringer oder fehlender
Wärmeabnahme abgeleitet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbrennungsmotor ein Rotationskolbenmotor ist, dessen Kolbenraum von einem vorwiegend rundbaulichen, druckfesten Behälter umgeben ist und der Anschlüsse mit einer Pumpe zu einem
Heißwasserbehälter aufweist.
7. Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotor (1) durch einen
Heißwasserspeicher (3) geführt ist, welcher einen Dampfabzug (18), einen Kaltwasseranschluss (17) mit Wasserstandsregler (19) und einen Wärmetauscher (4) mit Anschluss an die Wärmeverbraucher besitzt.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dampfdruck im Heißwasserspeicher durch ein Druckregelventil einstellbar ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abgasleitung (20) mit einem Wärmetauscher (32) verbunden ist durch den die Dampfleitung (28) zur Dampfturbine (29) führt.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein perforiertes Abdampfrohr in das Wasser des
Warmwasserspeichers eintaucht.
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