EP2488729A2 - Kraft-wärme-gekoppelte einrichtung - Google Patents

Kraft-wärme-gekoppelte einrichtung

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EP2488729A2
EP2488729A2 EP10795210A EP10795210A EP2488729A2 EP 2488729 A2 EP2488729 A2 EP 2488729A2 EP 10795210 A EP10795210 A EP 10795210A EP 10795210 A EP10795210 A EP 10795210A EP 2488729 A2 EP2488729 A2 EP 2488729A2
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EP
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combustion engine
internal combustion
housing
air
generator
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EP10795210A
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Horst Beuche
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    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • F24D15/02—Other domestic- or space-heating systems consisting of self-contained heating units, e.g. storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D18/00—Small-scale combined heat and power [CHP] generation systems specially adapted for domestic heating, space heating or domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/70—Electric generators driven by internal combustion engines [ICE]
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2105/00—Constructional aspects of small-scale CHP systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2105/00—Constructional aspects of small-scale CHP systems
    • F24D2105/10—Sound insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the invention relates to a combined heat and power Einrich ⁇ tion, based on the technology of a motor-block heating power plant for the thermal and electrical energy supply of buildings and facilities using fossil and or regenerative primary energy.
  • CHP plants of the type mentioned are, for example, from
  • enclosures serve primarily for heat and sound insulation of the CHP in order to achieve the highest possible degree of utilization of the primary energy used, and the waste heat, while minimizing the emission of noise.
  • a particularly efficient solution for a heat and sound ⁇ insulating housing of a CHP is also known from DE 101 51 121 B 4.
  • This housing is then replaced using the generator ventilation terrades or an additional fan / compressor constantly subjected to an increased internal pressure Due to the air ⁇ tight enclosure can not escape warm indoor air from the enclosure. Thus, the thermal losses can be minimized in connection with the thermal insulation.
  • the disadvantage of this solution is that due to the internal pressure increase according to the invention an absolute airtightness of the housing must be achieved, otherwise permanently warm indoor air can escape into the surrounding atmosphere and thus ⁇ arise with additional thermal losses.
  • the invention is based on the object of a further ver ⁇ improved enclosure for a CHP with a more effective heat and sound insulating effect indicate that ensures best use of the primary energy and an even more effi ⁇ cient utilization of the waste heat of the engine and the generator, and doing with minimal investment and operating costs.
  • the core of the invention is a CHP, which is surrounded by a heat and sound insulating, and hermetically well, but not necessarily completely dense housing.
  • the solution according to the invention thus differs from previously known enclosures, in particular from DE 101 51 121 B4, inter alia, in that it operates relatively slight negative pressure inside the enclosure in the operating condition with a ge ⁇ geninate the environment. This operating mode ensures that the enclosure surrounding the CHP does not have to be 100% airtight and at the same time stable and resistant to internal pressure.
  • the implementation of the invention is achieved by the CHP and the enclosure is preferably designed in a cylindrical shape, whereby a simple production while simultane- ously efficient vacuum resistance is ensured.
  • the housing has an air supply ⁇ opening with an integrated flow resistance.
  • This preferred adjustable supply air opening managed the majority of the necessary for the internal combustion engine
  • the flow resistance which is designed for example as a va riable ⁇ external throttle can be used for setting and regulating the vacuum in the housing. Since the enclosure resp. the housing according to the invention is always acted upon with ei ⁇ nem vacuum, thus no warm air flows to the outside. In this way, no heat losses caused by unwanted warm air transport to the outside. In cooperation of the generally common engine throttle valve of the carburetor with the additionally provided variable flow resistance of the respective desired negative pressure in the enclosure can be accurately adjusted.
  • the lambda value can also be controlled very well as a measure of the quality of the combustion. Due to the large volume of the housing compared with the engine displacement, this acts as a reservoir and, in conjunction with the variable flow resistance, as an attenuator, thus improving the control results based on the lambda value in a sustainable manner.
  • the CHP plant according to the invention can be used anywhere where still conventional gas, oil or solid ⁇ heaters are installed.
  • the inventive solution ver ⁇ Ringert the amount to primary energy to produce heat and electricity sustainably and thus makes an essential contribution to the loan C0 2 - saving.
  • the internal combustion engine can be designed as a gas, gasoline or diesel engine or as a turbine.
  • the use of a fuel cell is also possible.
  • the internal combustion engine 1 and the generator 2 are in egg ner heat- and sound-insulating, but outwardly not fully hermetically sealed enclosure 12 angeord ⁇ net.
  • the external throttle valve 6, which is part of the housing 12 the fresh air necessary for operating the internal combustion engine is supplied from the outside and passes through the fresh air duct 9, after it has cooled the electric generator 2, as preheated intake air 8 to the carburetor 15.
  • the generator 2 is connected via a regenerative frequency converter 10 and the electric energy meter 11 to the home network and the public grid.
  • a frequency converter By means of a frequency converter, the generator, which is preferably designed as an asynchronous machine, is also used to start the CHP.
  • the hot combustion exhaust gases of the internal combustion engine 1 are supplied in a known manner to a condensing boiler 3.
  • the then greatly cooled exhaust gases pass through the exhaust into the open air, wherein a small part of these exhaust gases are metered by means of the exhaust gas recirculation 4 into the gas-air mixture downstream of the engine-internal throttle valve 5 in order to increase the cylinder suction pressure. leads.
  • the recirculated exhaust gas is added directly to the intake air.
  • the cooling water flows through the exhaust gas cooler 1, the internal combustion engine 1 and the air-water cooler 13 and can be referred to as a hot cooling water return, e.g. can be used for heating purposes, removed.
  • the generator 2 is coupled to a regenerative frequency converter 10, can be in addition to the usual power influencing means in an efficient manner
  • the well-known rigid network coupling of the generator 2 can be canceled by means of frequency converter by electronic means.
  • the CHP can be moved with speed variant and highly ef ⁇ fizient performance modulating and operated Be ⁇ rich in optimal cos phi.
  • the device according to the invention differs from the previously known cogeneration units of conventional design by the housing permanently impacted by a controlled negative pressure. As a result, heat losses are largely minimized, and in combination with the exhaust gas recirculation and the regenerative frequency converter, a very high power output. lation with simultaneous minimization of exhaust gas pollutants such as CO, HC, and NO x is achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine weiter verbesserte Kraft-Wärme-gekoppelte Einrichtung, zur thermischen und elektrischen Energieversorgung von Gebäuden und Einrichtungen. Nach der vorliegenden Erfindung befindet sich die BHKW-Anlage in einer geschlossenen Einhausung (12), die im Betriebsfall permanent mit einem gesteuerten Unterdruck beaufschlagt ist, wobei der Unterdruck in der Einhausung (12) über eine teilweise Abgasrückführung (4) in den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine (1) und ein zusätzlicher externer Strömungswiderstand (6), die in der geschlossenen Einhausung (12) vorgesehen ist, geregelt wird und an den Generator (2) vorteilhafter Weise ein rückspeisefähiger Frequenzumrichter (10) angeschlossen ist. Durch die Erfindung wird eine hoch effiziente Wärmerückgewinnung erzielt, wobei die Wärmeverluste weitgehend minimiert werden und in Kombination mit der Abgasrückführung und dem rückspeisefähigen Frequenzumrichter eine sehr hohe Leistungsmodulation bei gleichzeitiger Minimierung der Abgasschadstoffe wie CO, HC, und NOx erreicht wird.

Description

Kraft- Wärme- gekoppelte Einrichtung
Besehreibung
Die Erfindung betrifft eine Kraft- Wärme- gekoppelte Einrich¬ tung, basierend auf der Technologie eines Motor- Block- Heiz- Kraftwerkes zur thermischen und elektrischen Energieversorgung von Gebäuden und Einrichtungen unter Verwendung fossiler und oder regenerativer Primärenergie.
BHKW- Anlagen der eingangs genannten Art, sind beispielsweise aus
DE 33 33 828 A 1
DE 25 00 641 C2
DE 31 16 624 C2
DE 4 203 491 AI
DE 3 044 666 AI
in unterschiedlichen Ausführungsvarianten bekannt. Diese Anlagen basieren auf Brennkraftmaschinen, die an Elektrogeneratoren gekoppelt sind und in Einhausungen betrieben werden, welche praktisch mit der sie umgebenden Atmosphäre kommunizieren und sich somit im Inneren auf dem atmosphärischen Druckniveau befinden .
Diese Einhausungen dienen dabei vorrangig zur Wärme- und Schallisolation des BHKW, um einen möglichst hohen Ausnutzungsgrad der eingesetzten Primärenergie, und der Abwärme, bei gleichzeitig möglichst geringer Schallemission zu erreichen.
Eine besonders effiziente Lösung für eine wärme- und schall¬ isolierende Einhausung eines BHKW ist ferner aus DE 101 51 121 B 4 bekannt. Abweichend von den bereits allgemein bekannten Lösungen ist hier neben der Wärme- und Schallisolierung ein luftdichtes und gegen Überdruck beständiges Gehäuse vorgese¬ hen. Dieses Gehäuse wird dann unter Nutzung des Generatorlüf- terrades bzw. eines zusätzlichen Lüfters/ Verdichters ständig mit einem erhöhten Innendruck beaufschlagt Infolge der luft¬ dichten Einhausung kann keine warme Innenluft aus der Einhau- sung entweichen. Damit können die thermischen Verluste in Verbindung mit der Wärmedämmung minimiert werden. Der Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass infolge der erfindungsgemäßen Innendruckanhebung eine absolute Luftdichtheit des Gehäuses erreicht werden muss, da sonst permanent warme Innenluft in die umgebende Atmosphäre entweichen kann und so¬ mit zusätzliche thermische Verluste entstehen.
Für die Fertigung eines solchen luftdichten und überdruckbeständigen Gehäuses einschließlich der erforderlichen Rohrleitungsdurchführungen für die Primärenergie, Kühlwasser Vor- und Rücklaufleitungen, Abgasleitung, Elektrokabel und Steuerkabel, bedeutet dass einen hohen technologischen Aufwand, verbunden mit den entsprechenden Fertigungskosten.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde eine weiter ver¬ besserte Einhausung für ein BHKW mit einer wirksameren wärme- und schallisolierenden Wirkung anzugeben, die eine bestmögliche Nutzung der eingesetzten Primärenergie und eine noch effi¬ zientere Ausnutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors und des Generators sicherstellt und dabei mit minimalen Investitionen und Betriebskosten auskommt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einhausung nach den Merkmalen von Anspruch lgelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.
Das Kernstück der Erfindung ist ein BHKW, welches von einem wärme- und schallisolierenden, sowie hermetisch gut, aber nicht notwendigerweise vollständig dichtem Gehäuse umschlossen ist. Die erfindungsgemäße Lösung unterscheidet sich somit von bisher bekannten Einhausungen , insbesondere von DE 101 51 121 B 4, u.a. dadurch, dass sie im Betriebszustand mit einem ge¬ genüber der Umgebung relativ geringfügigen Unterdruck im Inneren der Einhausung arbeitet. Diese Betriebsart gewährleistet, dass die das BHKW umgebende Einhausung nicht 100 % luftdicht und gleichzeitig gegen einen im Inneren herrschenden Überdruck stabil und beständig ausgeführt werden muss.
Erreicht wird die erfindungsgemäße Umsetzung, indem das BHKW respektive die Einhausung vorzugshalber in zylindrischer Form ausgeführt ist, wodurch eine einfache Fertigung bei gleichzei¬ tiger effizienter Unterdruckbeständigkeit gewährleistet wird.
Wichtig dabei ist, dass das Gehäuse über eine Luftzuführungs¬ öffnung mit einem integrierten Strömungswiderstand verfügt. Über diese vorzugshalber regulierbare Zuluftöffnung gelang der Hauptanteil der für die Brennkraftmaschine notwendigen
Verbrennungsluft in die Einhausung. Mit dieser Frischluft wird gleichzeitig der Generator gekühlt.
Da der Verbrennungsmotor grundsätzlich als Saugmotor arbeitet, kann der Strömungswiderstand, der beispielsweise als eine va¬ riable externe Drosselklappe ausgeführt ist, zur Einstellung und Regulierung des Unterdruckes im Gehäuse genutzt werden. Da die Einhausung resp. das Gehäuse erfindungsgemäß immer mit ei¬ nem Unterdruck beaufschlagt ist, strömt somit keine warme Luft nach außen ab. Auf diese Weise können auch keine Wärmeverluste durch ungewollten Warmlufttransport nach außen entstehen. Im Zusammenwirken der allgemein üblichen Motordrosselklappe des Vergasers mit dem zusätzlich vorgesehenen variablen Strömungswiderstand kann der jeweils gewünschte Unterdruck in der Einhausung genau eingestellt werden. Mittels der Einstellmög¬ lichkeit des Verhältnisses des inneren Saugdruckes des Motors (Zylinderinnendruck während des Ansaugtaktes) zum Unterdruck im Gehäuse kann neben der Leistungssteuerung des Motors ebenfalls der Lambda- Wert als Gütemaß der Verbrennung sehr gut geregelt werden. Aufgrund des gegenüber dem Motorhubraum großen Volumens der Einhausung wirkt diese als Speicher und in Verbindung mit dem variablen Strömungswiderstand als Dämpfungsglied und verbessert damit die Regelergebnisse bezogen auf den Lambda- Wert nachhaltig.
Eine weitere vorteilhafte und effiziente Möglichkeit zur Steu- erung der Unterdruckverhältnisse in der Einhausung und damit der Leistung der Brennkraftmaschine bei gleichzeitiger Verbes¬ serung der Abgasqualität besteht weiterhin darin, zusätzlich eine Abgasrückführung unmittelbar hinter der Vergaserdrosselklappe und vor dem Motoreinlassventil anzuschließen. Mittels der extern angeordneten Drosselklappe der Einhausung, die nun praktisch als ausgelagerte Motordrosselklappe wirkt, kann im Zusammenspiel mit der Abgasrückführung die Absenkung des Innendruckes im Gehäuse für die gewünschte Regelung der Leistung der Brennkraftmaschine gezielt eingesetzt werden. Gleichzeitig wird dadurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine insbeson¬ dere im Teillastbetrieb erhöht und eine deutliche Reduzierung der CO-, HC- und NOx - Werte bzw. der Russbildung erreicht. Außerdem können auf diese Weise die Anforderungen an die mechanische Festigkeit der Einhausung gegenüber einem zu hohen inneren Unterdruck/ Vakuum entscheidend reduziert werden.
Indem man die Brennkraftmaschine mit einem robusten und preis¬ günstigen Asynchrongenerator koppelt und an das erfindungsgemäß eingehauste BHKW zusätzlich einen netzparallelen und rück- speisefähigen Frequenzumrichter anschließt, lässt sich in Erweiterung zur Leistungssteuerung mittels Drosselklappe die Drehzahl des BHKW über den Frequenzumrichter regeln. Das führt letztlich zu einer wesentlich größeren Leistungsbandbreite gegenüber dem reinen Drosselbetrieb. Im Ergebnis entsteht ein hoch effizientes, in weiten Bereichen leistungsmodulierendes und durch die Abgasrückführung besonders Schadstoffarmes BHKW. Ein weiterer Vorteil des Frequenzumrichters besteht darin, dass eine optimale Netzanpassung des Asynchrongenerators über die cos phi- Einstellbarkeit ermöglich wird. Damit kann die erfindungsgemäße BHKW- Anlage überall dort eingesetzt werden, wo gegenwärtig noch konventionelle Gas-, Öl- oder Feststoff¬ heizungen installiert sind. Die erfindungsgemäße Lösung ver¬ ringert die einzusetzende Menge an Primärenergie zur Erzeugung von Wärme und Strom nachhaltig und leistet damit einen wesent- liehen Beitrag zur C02 - Einsparung.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt die schematische Darstellung der vorschlagsgemäßen Kraft-Wärme ge- koppelten Einrichtung.
Mittels Vergaser 15 und der Motordrosselklappe 5 werden der Brennkraftmaschine 1 die Primärenergie und die vorgewärmte Verbrennungsluft 8 in bekannter Weise zugeführt. Die Brenn- kraftmaschine kann dabei als Gas-, Benzin- oder Dieselmotor bzw. als Turbine ausgeführt sein. Der Einsatz einer Brennstoffzelle ist ebenfalls möglich.
Die Brennkraftmaschine 1 und der Generator 2 sind dabei in ei- ner wärme- und schallisolierenden, aber nach außen hin nicht vollständig luftdicht abgeschlossenen Einhausung 12 angeord¬ net. Über die externe Drosselklappe 6, die Teil der Einhausung 12 ist, wird die zum Betrieb der Brennkraftmaschine notwendige Frischluft von außen zugeführt und gelangt über den Frisch- luftkanal 9, nachdem diese den Elektrogenerator 2 gekühlt hat, als vorgewärmte Ansaugluft 8 zum Vergaser 15.
Indem die zugeführte Menge an Frischluft mit Hilfe der exter¬ nen Drosselklappe 6 reguliert wird, entsteht bedingt durch den Saugeffektes des Verbrennungsmotors 1 in der Einhausung 12 ein gegenüber der freien Atmosphäre pi reduzierter Innendruck p2, wobei die Höhe dieses reduzierten Innendruckes mit Hilfe der externen Drosselklappe 6 gezielt beeinflusst und gesteuert wird. Durch den in der Einhausung 12 während des Betriebes permanent herrschenden reduzierten Innendruckes p2 kann keine warme Innenluft nach außen dringen und für eine effiziente Wärmerückgewinnung genutzt werden. Strömungsbedingte Wärmeverluste sind somit ausgeschlossen. Neben der externen Drosselklappe 6 wird die Steuerung des re¬ duzierten Innendruckes in der Einhausung 12 ferner über eine Abgasrückführung 4 realisiert, die an den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist. Dadurch wird gleich¬ zeitig eine Reduzierung der Abgasschadstoffe und eine Verbes- serung des Teillastwirkungsgrades der Brennkraftmaschine 1 er¬ reicht .
Der Generator 2 ist über einen rückspeisefähigen Frequenzumrichter 10 und den Elektroenergiezähler 11 mit dem Hausnetz und dem öffentlichen Versorgungsnetz verbunden. Mittels Frequenzumrichter wird der vorzugshalber als Asynchronmaschine ausgeführte Generator auch zum Starten des BHKW genutzt.
Die, durch die abgestrahlte Wärme der Brennkraftmaschine 1 er- wärmte Luft wird vom Lüfterrad der Brennkraftmaschine 1 durch den Luft- Wasser- Kühler 13 im Kreislauf gefördert und dabei rückgekühlt, wodurch eine Überhitzung im Innern der Einhausung und damit die Abschaltung des BHKW verhindert wird. Die heißen Verbrennungsabgase der Brennkraftmaschine 1 werden in bekannter Weise einem Brennwertkühler 3 zugeführt. Die dann stark abgekühlten Abgase gelangen mittels Auspuff ins Freie, wobei ein geringer Teil dieser Abgase mittels der Abgasrückführung 4 dem Gasluftgemisch nach der motorinternen Drossel- klappe 5 zwecks Anhebung des Zylindersaugdruckes dosiert zuge- führt wird. Bei Dieselmotoren wird das rückgeführte Abgas der Ansaugluft direkt zugemischt.
Zur Kühlung des BHKW durchströmt das Kühlwasser den Abgasküh- 1er 3, den Verbrennungsmotor 1 und den Luft- Wasser- Kühler 13 und kann als heißer Kühlwasserrücklauf, z.B. zu Heizzwecken einsetzbar, entnommen werden.
Da alle BHKW Elemente m der thermisch isolierten Emhausung 12 eingeschlossen sind und keine warme Luft unkontrolliert nach Außen entweichen kann, ergeben sich minimale thermische Verluste. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ergibt sich durch die Einführung der externen Drosselklappe 6 in Verbindung mit der Abgasrückführung 4 dahingehend dass die Verbrennungsgüte des Motorabgases sehr gut geregelt werden kann.
Indem der Generator 2 mit einem rückspeisefähigen Frequenzumrichter 10 gekoppelt wird, kann in effizienter Weise eine, zu- sätzlich zur allgemein üblichen Leistungsbeeinflussung mittels
Motordrosselung die Leistungsvariation über die nun möglichen variablen Drehzahlen des BHKW zusätzlich erreicht werden. Die allgemein bekannte starre Netzkopplung des Generators 2 kann so mittels Frequenzumrichter auf elektronischem Weg aufgehoben werden. Das BHKW kann damit drehzahlvariant und damit hochef¬ fizient leistungsmodulierend sowie im optimalen cos phi- Be¬ reich betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von den bereits bekannten BHKW-Anlagen herkömmlicher Bauart durch die mit einem gesteuerten Unterdruck permanent beaufschlagten Ein- hausung. Hierdurch werden Wärmeverluste weitgehend minimiert, wobei in Kombination mit der Abgasrückführung und dem rück- speisefähigen Frequenzumrichter eine sehr hohe Leistungsmodu- lation bei gleichzeitiger Minimierung der Abgasschadstoffe wie CO, HC, und NOx erreicht wird.
Bezugszeichenliste
1 Brennkraftmaschine
2 Generator
3 Abgasbrennwertkühler
4 Abgasrückführung
5 Drosselklappe Verbrennungsmotor
6 externer Strömungswiderstand / Drosselklappe
7 Auspuff
8 warme Ansaugluft
9 Frischluftkanal
10 rückspeisefähiger FrequenzUmrichter
11 Elektrozähler
12 Einhausung
13 Luft- Wasser- Wämeübertager
14 -
15 Vergaser

Claims

Patentansprüche
Kraft- Wärme- gekoppelte Einrichtung zur Versorgung von Gebäuden und Einrichtungen mit thermischer und elektri- scher Energie unter Verwendung fossiler Primärenergie und/oder regenerativer Energie, bestehend aus einer ge- gebenenfalls luftgekühlten Brennkraftmaschine (1) und einem an diese angekoppelten vorzugshalber luftgekühlten Generator (2), die in einer geschlossenen wärme- und schallisolierten Einhausung (12) angeordnet sind, da- durch gekennzeichnet, dass die Einhausung (12) permanent mit einem gesteuerten, gegenüber dem Druck pi der freien Atmosphäre reduzierten Innendruck p2 beaufschlagt ist und der reduzierte Innendruck p2 durch eine teilweise Abgas- rückführung und die Menge an zugeführter Frischluft zum Betrieb der Brennkraftmaschine (1) gesteuert wird, die über einen zusätzlichen, externen Stömungswiderstand (6) zugeführt wird, welche an der Einhausung (12) angeordnet ist .
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Generator (2) und dem öffentlichen Elektronetz elektronisch entkoppelbar und der Generator (2) über einen rückspeisefähigen Frequenzumrichter (10) mit dem Hausnetz und dem öffentlichen
Elektronetz verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (4) an den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine (1) angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführung der Frischluft, die zunächst den Ge- nerator (2) kühlt und als vorgewärmte Verbrennungsluft zur Brennkraftmaschine (1) gelangt, über einen Frisch¬ luftkanal (9) erfolgt, der an den externer Strömungswiderstand (6) angeschlossen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass nur die Brennkraftmaschine (1) in der isolierten und mit einem, reduzierten Innendruck p2 beaufschlagten Einhausung (12) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) durch eine Brennzelle ersetzt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch kennzeichnet, dass die Einhausung (12) zylinderförmi ausgebildet ist.
EP10795210A 2009-10-17 2010-10-13 Kraft-wärme-gekoppelte einrichtung Withdrawn EP2488729A2 (de)

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EP (1) EP2488729A2 (de)
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WO (1) WO2011044895A2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5806471B2 (ja) * 2011-01-28 2015-11-10 本田技研工業株式会社 コージェネレーション装置
DE102011016809B4 (de) * 2011-04-08 2013-02-28 Wolfgang Arnold Janßen Blockheizkraftwerk
US20120312503A1 (en) * 2011-05-26 2012-12-13 Arrieta Francisco A Method And Apparatus For Cogeneration Heat Recovery
DE102013114159A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-16 Arvid Rauchschwalbe Verfahren und Vorrichtungen zur Nutzung von thermischer Energie und zur Erzeugung von Temperaturniveaudifferenzen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2500641C2 (de) * 1975-01-09 1985-08-29 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8000 München Wärme- und Stromerzeugungsanlage
DE3044666A1 (de) * 1980-11-27 1982-07-08 Morath, Karl Günther, 6670 St. Ingbert Waerme-kraft-koppelungsanlage als kleinkraftwerk fuer den hausgebrauch
DE3116624C2 (de) * 1981-04-27 1985-08-29 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Energieversorgungssystem für Wärme und Elektrizität
DE3333828A1 (de) * 1983-09-19 1985-04-04 Bedia Maschinenfabrik Verwaltungs GmbH, 5300 Bonn Energieversorgungsanlage
US4736111A (en) * 1984-10-03 1988-04-05 Linden Craig L Cogeneration system
US5903060A (en) * 1988-07-14 1999-05-11 Norton; Peter Small heat and electricity generating plant
DE4203491A1 (de) * 1992-02-07 1993-08-12 Honeywell Regelsysteme Gmbh Energieversorgungseinheit
JPH11200951A (ja) * 1998-01-13 1999-07-27 Kubota Corp コージェネレーション装置
AU2553999A (en) * 1998-02-09 1999-08-23 Whisper Tech Limited Improvements in co-generation systems
DE10151121B4 (de) * 2001-10-20 2006-04-06 Reimund Stelzer Kraft-Wärme-gekoppelte Einrichtung
JP5715834B2 (ja) * 2011-01-24 2015-05-13 本田技研工業株式会社 コージェネレーション装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011044895A2 *

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