EP2488729A2 - Cogeneration facility - Google Patents

Cogeneration facility

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Publication number
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
European Patent Office
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combustion engine
internal combustion
housing
air
generator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10795210A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Horst Beuche
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP2488729A2 publication Critical patent/EP2488729A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • 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
    • 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
    • F24H1/0036—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel of the sealed type
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    • 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
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
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    • F24D2200/18—Flue gas recuperation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D2200/16—Waste heat
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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.

Abstract

The invention relates to a further improved cogeneration facility for supplying buildings and facilities with thermal energy and electrical energy. According to the present invention, the CHP installation is located in a closed enclosure (12), which is permanently under negative pressure during operation, wherein the negative pressure in the enclosure (12) is controlled by means of a partial exhaust-gas recirculation (4) into the intake channel of the internal combustion engine (1) and an additional external flow resistor (6) that is provided in the closed enclosure (12), and a frequency converter (10) capable of backfeed is connected to the generator (2) in an advantageous manner. Highly efficient heat recovery is achieved by means of the invention, wherein the heat losses are substantially minimized and, in combination with the exhaust-gas recirculation and the frequency converter capable of backfeed, very high power modulation is achieved while the exhaust-gas pollutants such as CO, HC, and NOx are simultaneously minimized.

Description

Kraft- Wärme- gekoppelte Einrichtung  Combined heat and power unit
Besehreibung 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. 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.
BHKW- Anlagen der eingangs genannten Art, sind beispielsweise aus CHP plants of the type mentioned are, for example, from
DE 33 33 828 A 1  DE 33 33 828 A 1
DE 25 00 641 C2 DE 25 00 641 C2
DE 31 16 624 C2 DE 31 16 624 C2
DE 4 203 491 AI DE 4 203 491 AI
DE 3 044 666 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 . known in different embodiments. These plants are based on internal combustion engines, which are coupled to electric generators and operated in housings, which communicate practically with the surrounding atmosphere and are thus at the interior at the atmospheric pressure level.
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. These 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.
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. A particularly efficient solution for a heat and sound ¬ insulating housing of a CHP is also known from DE 101 51 121 B 4. Notwithstanding the already well-known solutions an air-tight and resistant to overpressure housing vorgese ¬ hen here in addition to the heat and sound insulation. 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, however, 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.
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. For the production of such an airtight and pressure-resistant housing including the required pipe feedthroughs for the primary energy, cooling water supply and return lines, exhaust pipe, electrical cables and control cables, this means a high technological cost, associated with the corresponding manufacturing costs.
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. 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.
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. According to the invention the object is solved by an enclosure according to the features of claim. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims 2 to 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. 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 ¬ genüber 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.
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. 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.
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 It is important that the housing has an air supply ¬ opening with an integrated flow resistance. About this preferred adjustable supply air opening managed the majority of the necessary for the internal combustion engine
Verbrennungsluft in die Einhausung. Mit dieser Frischluft wird gleichzeitig der Generator gekühlt. Combustion air into the enclosure. With this fresh air, the generator is cooled at the same time.
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. Since the engine always operates as a naturally aspirated 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. By means of Einstellmög ¬ sensitivity of the ratio of the internal suction pressure of the engine (in-cylinder pressure during the intake stroke) to the negative pressure In the housing, in addition to the power control of the engine, 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.
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. A further advantageous and efficient way to tax ng the negative pressure conditions in the enclosure and hence the power of the internal combustion engine while verb ¬ provement the exhaust gas quality is still therein, in addition to connect an exhaust gas recirculation directly behind the carburetor throttle valve and before the engine intake valve. By means of the externally arranged damper of the housing, which now practically acts as an outsourced engine throttle, the reduction of the internal pressure in the housing for the desired control of the engine power can be selectively used in conjunction with the exhaust gas recirculation. At the same time thereby the efficiency of the internal combustion engine insbeson ¬ particular is increased in the partial load operation and a significant reduction in CO, HC and NO x - reaches values or the formation of soot. In addition, in this way the demands on the mechanical strength of the housing against a high internal negative pressure / vacuum can be significantly reduced.
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. By coupling the internal combustion engine with a robust and cost ¬ cheap asynchronous generator and in addition, connects a network-parallel and back food capable frequency converter to the present invention caged CHP, can regulate the speed of the CHP by the frequency converter in extension to the power control means of the throttle valve. This ultimately leads to a much larger power bandwidth compared to the pure throttle operation. The result is a highly efficient, in many areas power modulating and through the exhaust gas recirculation especially low pollutant CHP. Another advantage of the frequency converter is that an optimal grid adaptation of the asynchronous generator via the cos phi adjustability is possible. Thus, 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.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt die schematische Darstellung der vorschlagsgemäßen Kraft-Wärme ge- koppelten Einrichtung. The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the schematic representation of the proposed combined heat and power device.
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. By means of carburetor 15 and the engine throttle valve 5 of the internal combustion engine 1, the primary energy and the preheated combustion air 8 are supplied in a known manner. 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.
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. 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. Via 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.
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 . By the supplied amount of fresh air is regulated by means of the exter ¬ NEN throttle valve 6, arises due to the suction effect of the engine 1 in the housing 12, a with respect to the free atmosphere pi reduced internal pressure p 2 , wherein the height of this reduced internal pressure by means of the external throttle valve 6 is selectively influenced and controlled. Due to the reduced internal pressure p 2 permanently prevailing in the housing 12 during operation, no warm internal air can escape to the outside and be used for efficient heat recovery. Flow-related heat losses are thus excluded. In addition to the external throttle valve 6 to control the re duced ¬ internal pressure in the housing 12 is further realized via an exhaust gas recirculation 4, which is connected to the intake duct of the internal combustion engine. 1 Thereby, a reduction of exhaust pollutants and an improvement of the partial-load efficiency of the internal combustion engine 1 is equal ¬ time he ¬ ranges.
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. 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. By means of a frequency converter, the generator, which is preferably designed as an asynchronous machine, is also used to start the CHP.
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. The, by the radiated heat of the internal combustion engine 1 heated air is promoted by the fan of the engine 1 by the air-water cooler 13 in the circuit and thereby cooled back, thereby overheating inside the enclosure and thus the shutdown of the CHP is prevented. 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. In diesel engines, the recirculated exhaust gas is added directly to the intake air.
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. For cooling the CHP, 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.
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. Since all CHP elements m are enclosed in the thermally insulated housing 12 and no warm air can escape uncontrolled to the outside, resulting in minimal thermal losses. Another advantage of the device according to the invention results from the introduction of the external throttle 6 in conjunction with the exhaust gas recirculation 4 to the effect that the quality of combustion of the engine exhaust gas can be controlled very well.
Indem der Generator 2 mit einem rückspeisefähigen Frequenzumrichter 10 gekoppelt wird, kann in effizienter Weise eine, zu- sätzlich zur allgemein üblichen Leistungsbeeinflussung mittelsBy 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
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. Motor throttling the power variation on the now possible variable speeds of the CHP can be achieved. 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.
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. 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.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Brennkraftmaschine 1 internal combustion engine
2 Generator  2 generator
3 Abgasbrennwertkühler  3 flue gas value cooler
4 Abgasrückführung  4 exhaust gas recirculation
5 Drosselklappe Verbrennungsmotor  5 throttle internal combustion engine
6 externer Strömungswiderstand / Drosselklappe 6 external flow resistance / throttle
7 Auspuff 7 exhaust
8 warme Ansaugluft  8 warm intake air
9 Frischluftkanal  9 fresh air duct
10 rückspeisefähiger FrequenzUmrichter  10 regenerative frequency inverter
11 Elektrozähler  11 electric meters
12 Einhausung  12 enclosure
13 Luft- Wasser- Wämeübertager  13 air-water heat exchangers
14 - 14 -
15 Vergaser 15 carburettors

Claims

Patentansprüche claims
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 . Combined heat and power device for supplying buildings and installations with thermal and electrical energy using fossil primary energy and / or regenerative energy, consisting of a possibly air-cooled internal combustion engine (1) and an air-cooled generator (2 ), which are arranged in a closed heat and sound-insulated housing (12), characterized in that the housing (12) is permanently subjected to a controlled, compared to the pressure pi of the free atmosphere reduced internal pressure p 2 and the reduced internal pressure p 2 is controlled by a partial exhaust gas recirculation and the amount of supplied fresh air for operation of the internal combustion engine (1), which is supplied via an additional, external Stömungswiderstand (6) which is arranged on the housing (12).
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 Device according to claim 1, characterized in that the connection between the generator (2) and the public electronic network electronically decoupled and the generator (2) via a regenerative frequency converter (10) with the house network and the public
Elektronetz verbunden ist.  Electronic network is connected.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (4) an den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine (1) angeschlossen ist. Device according to claim 1, characterized in that the exhaust gas recirculation (4) to the intake passage of the internal combustion engine (1) is connected.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 4. Device according to claim 1, characterized
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. that the supply of fresh air, which initially generator (2) cools and as preheated combustion air to the internal combustion engine (1) passes, via a fresh ¬ air duct (9), which is connected to the external flow resistance (6).
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. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that only the internal combustion engine (1) in the isolated and with a reduced internal pressure p2 acted upon housing (12) is arranged.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) durch eine Brennzelle ersetzt ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the internal combustion engine (1) is replaced by a fuel cell.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch kennzeichnet, dass die Einhausung (12) zylinderförmi ausgebildet ist. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the housing (12) is cylindrical.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5806471B2 (en) * 2011-01-28 2015-11-10 本田技研工業株式会社 Cogeneration equipment
DE102011016809B4 (en) * 2011-04-08 2013-02-28 Wolfgang Arnold Janßen CHP
US20120312503A1 (en) * 2011-05-26 2012-12-13 Arrieta Francisco A Method And Apparatus For Cogeneration Heat Recovery
DE102013114159A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 Arvid Rauchschwalbe Methods and apparatus for using thermal energy and for generating temperature level differences

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2500641C2 (en) 1975-01-09 1985-08-29 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8000 München Heat and power generation plant
DE3044666A1 (en) 1980-11-27 1982-07-08 Morath, Karl Günther, 6670 St. Ingbert Small scale energy generation plant for domestic use - has heat transfer medium selectively fed through heat exchanger using combustion engine waste heat
DE3116624C2 (en) 1981-04-27 1985-08-29 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Energy supply system for heat and electricity
DE3333828A1 (en) 1983-09-19 1985-04-04 Bedia Maschinenfabrik Verwaltungs GmbH, 5300 Bonn Energy supply system
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 (en) 1992-02-07 1993-08-12 Honeywell Regelsysteme Gmbh Heating circuit for building or swimming pool - has combustion engine with exhaust gases and emergent cooling water heating up boiler water via heat exchangers
JPH11200951A (en) * 1998-01-13 1999-07-27 Kubota Corp Co-generation device
WO1999040310A1 (en) * 1998-02-09 1999-08-12 Whisper Tech Limited Improvements in co-generation systems
DE10151121B4 (en) 2001-10-20 2006-04-06 Reimund Stelzer Combined heat and power
JP5715834B2 (en) * 2011-01-24 2015-05-13 本田技研工業株式会社 Cogeneration equipment

Non-Patent Citations (1)

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

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Publication number Publication date
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US8729719B2 (en) 2014-05-20
US20120211998A1 (en) 2012-08-23
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