DE19610915A1

DE19610915A1 - Blockheizkraftwerk für Betrieb in einem bestehenden Elektroversorgungsnetz

Info

Publication number: DE19610915A1
Application number: DE19610915A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Wingensiefen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1997-09-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Blockheizkraftwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Üblicherweise enthalten Blockheizkraftwerke im wesentlichen eine Wärmekraftmaschine, einen Generator und eine Einrichtung zum Nutzen der Abwärme des Abgases und der Wärmekraftmaschine. Damit solche Anlagen gestartet werden können, müssen sie mit einem Anlasser mit der entsprechenden Steuerung und Energieversorgung und mit einer Schaltkupplung ausgestattet werden. Weiterhin sind solche Anlagen so ausgestattet, daß sie wie Notstromaggregate auch ohne Koppelung an ein bestehendes Elektroversorgungsnetz betrieben werden können. Diese Ausführung bedingt aber einen aufwendigen Generator mit eigener Erregung und führt dazu, daß sich ein Parallelbetrieb, also Einspeisen des elektrischen Stroms in ein bestehendes Elektroversorgungsnetz nur mit hohem Aufwand realisieren läßt.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich durch einen einfachen Aufbau und durch eine einfache Betriebsweise auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Blockheizkraftwerk der eingangs näher bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Durch die Verwendung des Generators als Motor zum Starten der Wärmekraftmaschine kann auf einen Anlasser einschließlich Ansteuerung und Energieversorgung verzichtet werden.

In den Merkmalen des Anspruchs 2 wird die Verwendung einer Drehstromasynchronmaschine als Generator und Starter und die Anbindung an das Elektroversorgungsnetz beschrieben.

Die Merkmale des Anspruchs 3 beschreiben die zentrale Ansteuerung mehrerer Blockheizkraftwerke bei Lastspitzen durch ein Elektroversorgungsunternehmen.

Die Merkmale der Ansprüche 4 bis 11 zeigen weitere mögliche erfindungsgemäße Anordnungen auf.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung,

Fig. 2 die Einbindung der Brennkammerkühlung in den Heizwasserkreislauf,

Fig. 3 die Ankopplung der Brennkammerkühlung an den Heizwasserkreislauf über einen Wärmetauscher

Fig. 4 und 5 eine Anordnung zur Anlaßstrombegrenzung,

Fig. 6 eine Anordnung zur Blindstromkompensation.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.

Das Blockheizkraftwerk 1 nach Fig. 1 besteht aus einer beispielsweise als Dieselmotor ausgebildeten Wärmekraftmaschine 2 und einem Generator 3, die mit einer nicht schaltbaren Kupplung 4 verbunden sind. Die Wärmekraftmaschine 2 beinhaltet im wesentlichen Kurbelgehäuse 5, Zylinder 6 und Kolben 7, wobei der Zylinder 6 als wassergekühlter Brennraum 8 ausgebildet ist. Die Abwärme des Brennraumes 8 der Wärmekraftmaschine 2 und die Abwärme des Abgases 9 wird über entsprechende Wärmetauscheinrichtungen abgenommen und zur Erwärmung von Heizwasser 10 genutzt. Zum Starten der Wärmekraftmaschine 2 dient der Generator 3, der in diesem Fall als Motor betrieben wird und dafür elektrische Energie aus dem Elektroversorgungsnetz 11 entnimmt.

Die Abgasanlage 12 des Blockheizkraftwerkes 1 ist wie folgt aufgebaut. Das aus der Wärmekraftmaschine 2 ausströmende Abgas 9 wird als erstes in einen Auspufftopf 13 geleitet, der einen Rußfilter oder einen Abgaskatalysator enthalten kann. Dann strömt es weiter in einen Wärmetauscher 14, wo es durch das von einer Pumpe 15 geförderte Heizwasser 10 abgekühlt wird, bis der im Abgas 9 enthaltene Wasserdampf kondensiert und über eine Kondensatabführeinrichtung 16 abgeleitet wird. Schließlich wird das Abgas 9 in einem weiteren Wärmetauscher 17 wieder soweit erwärmt, daß es ohne Kondensationsgefahr weitergeleitet werden kann. Dabei können die beiden Wärmetauscher 14 und 17 auch in einem Gehäuse untergebracht sein.

Damit auch bei niedrigen Temperaturen des Heizwassers 10 eine für schadstoffarme Verbrennung optimale Brennraumtemperatur der Wärmekraftmaschine 2 erreicht werden kann, wird wie in Fig. 2 gezeigt vorgeschlagen, einen thermisch gesteuerten Bypass 19 parallel zum wassergekühlten Brennraum 8 zu schalten. Eine weitere Möglichkeit, für schadstoffarme Verbrennung optimale Brennraumtemperaturen zu erhalten, ist wie in Fig. 3 gezeigt die Abkopplung des Brennraumkreislaufs 20 vom Wasserkreislauf 18 der Gesamtanlage. Hier kann im Brennraumkühlkreislauf 20 ein beliebiges Kühlmedium eingesetzt werden. Die Wärme wird dann mit einem Wärmetauscher 21 übertragen, wobei der Brennraumkühlkreislauf 20 durch thermische Strömung in Gang kommt, wenn der Wärmetauscher 21 oberhalb des Brennraumes 8 angeordnet ist.

Eine besonders einfache erfindungsgemäße Ausführung ergibt sich, wenn als Generator 3 ein Drehstromasynchronmotor 3′ eingesetzt wird. Zum Starten der Wärmekraftmaschine 2 wird der Drehstromasynchronmotor 3′ über eine Schafteinrichtung 22 an das Elektroversorgungsnetz 11 geschaltet. Läuft nun die Wärmekraftmaschine 2, treibt sie ihrerseits den Drehstromasynchronmotor 3′ an bis in den übersynchronen Bereich, wo er dann als Generator arbeitet und elektrische Energie in das Elektroversorgungsnetz 11 einspeist. Für den Übergang vom Motorbetrieb zum Generatorbetrieb ist keine Umschaltung erforderlich.

Um die Leistungsaufnahme des Drehstromasynchronmotors 3′ beim Anlassen zu verringern, kann wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, die Ständerwicklung 23 im Stern 24 geschaltet sein und erst nach dem Übergang in den Generatorbetrieb in Dreieck 25 umgeschaltet werden.

Der zur Erregung des Drehstromasynchronmotors 3′ nötige Blindstrom wird entweder aus dem Elektroversorgungsnetz 11 entnommen oder wie in Fig. 6 gezeigt durch parallel zur Ständerwicklung 23 geschaltete Kondensatoren 26 geliefert. Eine weitere Möglichkeit zur Blindstromkompensation ist der Einsatz eines Drehstromsynchronmotors statt des Asynchronmotors 3′.

Um die Abwärme des Drehstrommotors dem Wasserkreislauf zuzuführen, kann ein Drehstrommotor mit Wasserkühlung eingesetzt werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß ein ein Elektroversorgungsunternehmen bei Lastspitzen im Elektroversorgungsnetz 11 mehrere dezentral aufgestellte erfindungsgemäße Blockheizkraftwerke 1, die mit einem Warmwasserbehälter als Pufferspeicher 27 und mit Rundsteuerempfänger 28 ausgerüstet sind, in Betrieb nehmen kann. Dazu meldet das Elektroversorgungsunternehmen den Bedarf an elektrischer Energie zentral über Schaltimpulse im Elektroversorgungsnetz 11 und Rundsteuerempfänger 28 an die einzelnen Blockheizkraftwerke 1. Ist bei den einzelnen Blockheizkraftwerken 1 Wärmebedarf zu erwarten, zum Beispiel ist der Pufferspeicher 27 nicht voll geladen, so gehen die Blockheizkraftwerke 1 in Betrieb. Die bei der Elektroenergiegewinnung anfallende Wärme wird dann bis zur Entnahme in den Pufferspeicher 27 gespeichert. Bei Sättigung des Wärmebedarfs schalten sich die einzelnen Blockheizkraftwerke 1 wieder ab.

Bezugszeichenliste

1 Blockheizkraftwerk
2 Wärmekraftmaschine
3 Generator
3′ Drehstromasynchronmotor
4 Kupplung
3 Kurbelgehäuse
6 Zylinder
7 Kolben
8 Brennraum
9 Abgas
10 Heizwasser
11 Elektroversorgungsnetz
12 Abgasanlage
13 Auspufftopf
14 Wärmetauscher
15 Pumpe
16 Kondensatabführeinrichtung
17 Wärmetauscher
18 Wasserkreislauf
19 thermisch gesteuerter Bypass
20 Brennraumkühlkreislauf
21 Wärmetauscher
22 Schalteinrichtung
23 Ständerwicklung
24 Sternschaltung
25 Dreieckschaltung
26 Kondensator
27 Pufferspeicher
28 Rundsteuerempfänger.

Claims

1. Blockheizkraftwerk, im wesentlichen enthaltend eine Wärmekraftmaschine, einen Generator und eine Einrichtung zum Nutzen der Abwärme, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten der Anlage der Generator als Motor betrieben wird.

2. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Generator als Drehstromasynchronmaschine ausgebildet ist, wobei zum Anlassen der Wärmekraftmaschine die Drehstrommaschine an ein Drehstromnetz geschaltet wird, im Motorbetrieb läuft und so die Wärmekraftmaschine antreibt, bis die Wärmekraftmaschine die Drehstrommaschine überholt und ihrerseits antreibt, bis diese übersynchron im Generatorbetrieb läuft.

3. Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockheizkraftwerk mit einem als Pufferspeicher dienenden Wasserbehälter und mit einem Rundsteuerempfanger ausgerüstet ist, so das ein Elektroversorgungsunternehmen zentral über Schaftimpulse im Elektroversorgungsnetz und über Rundsteuerempfänger den Bedarf an elektrischer Energie an mehrere dezentral aufgestellte Blockheizkraftwerke melden kann und so die Blockheizkraftwerke in Betrieb nehmen kann, bei denen Wärmebedarf zu erwarten ist, erkennbar an nicht voll geladenen Pufferspeichern, und daß sich die einzelnen Blockheizkraftwerke bei Sättigung des Wärmebedarfs wieder abschalten.

4. Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anlassen zur Reduzierung der Leistungsaufnahme der Drehstrommaschine die Ständerwicklung im Stern geschaltet wird und daß beim Übergang in den Generatorbetrieb die Ständerwicklung in Dreieck umgeschaltet wird.

5. Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Ständerwicklung der Drehstrommaschine Kondensatoren geschaltet sind, die den benötigten Erregerstrom als Blindstrom liefern.

6. Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator als Synchronmaschine ausgebildet ist.

7. Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Generator eine Drehstrommaschine mit Wasserkühlung eingesetzt wird, so daß die Abwärme der Drehstrommaschine dem Heizwasser des Blockheizkraftwerkes zugeführt wird.

8. Abgasanlage für ein Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Wärmekraftmaschine ausströmende Abgas zuerst durch einen Auspufftopf strömt, der einen Rußfilter oder einen Abgaskatalysator enthält und daß das Abgas weiter durch einen Abgaswärmetauscher geleitet wird, wo das Abgas soweit abgekühlt wird, daß der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert und daß das Abgas in einem weiteren Wärmetauscher wieder soweit erwärmt wird, daß es kondensatfrei weitergeleitet werden kann.

9. Abgaswärmetauscher für die Abgasanlage eines Blockheizkraftwerks nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher zur Gewinnung der Abwärme und der Wärmetauscher zum Wiedererwärmen des Abgases nach der Kondensation in einem Gehäuse untergebracht sind.

10. Wasserkühlung für den Brennmraum der Wärmekraftmaschine eines Blockheizkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermisch gesteuerter Bypass parallel zum wassergekühlten Brennraum für eine für schadstoffarme Verbrennung optimale Brennraumtemperatur bei gegebener geringerer Wassertemperatur der Gesamtanlage geschaltet wird.

11. Kühlung für den Brennraum der Wärmekraftmaschine eines Blockheizkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf des Brennraumes ein beliebiges Kühlmedium enthält und vom Wasserkreislauf der Gesamtanlage getrennt ist und daß die Wärme mit einem Wärmetauscher übertragen wird, wobei der Kühlkreislauf des Brennraumes durch thermische Strömung in Gang kommt, wenn der Wärmetauscher oberhalb des Brennraumes angeordnet ist.