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DE202009002103U1 - Device for heat recovery in a CHP - Google Patents

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DE202009002103U1
DE202009002103U1 DE202009002103U DE202009002103U DE202009002103U1 DE 202009002103 U1 DE202009002103 U1 DE 202009002103U1 DE 202009002103 U DE202009002103 U DE 202009002103U DE 202009002103 U DE202009002103 U DE 202009002103U DE 202009002103 U1 DE202009002103 U1 DE 202009002103U1
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exhaust gas
heat
heat exchanger
exhaust
cooling water
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DE202009002103U
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Eneratio Ingenieurbuero fur Rationellen Energieeinsatz GbR (vertretungsberechtiger Gesellschafter Herrn Michael Mueller 21220 Seevetal)
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ENERATIO INGENIEURBUERO fur R
Eneratio Ingenieurbuero fur Rationellen Energieeinsatz GbR (vertretungsberechtiger Gesellschafter Herrn Michael Mueller 21220 Seevetal)
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Abstract

Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW, bei der ein Gasmotor (1) zur Erzeugung eines elektrischen Stroms mechanisch mit einem Generator (2) verbunden ist und der Gasmotor (1) zur Nutzung der bei der Verbrennung eines Brennstoffs im Gasmotor (1) entstehenden Verbrennungswärme über:
a) einen in einem Kühlwasserkreislauf (3) integrierten Zylinderkühler (5) mit einem Kühlwasserwärmetauscher (6) und
b) einen in einer Abgasleitung (9) zur Ableitung der Verbrennungsgase des Gasmotors (1) integrierten Abgaswärmetauscher (10)
verbunden ist, wobei in einem Wärmeversorgungskreislauf (4) zwischen einer Rücklaufleitung (17) und einer Vorlaufleitung (18) in der Reihenfolge erst der Abgaswärmetauscher (10) und anschließend der Kühlwasserwärmetauscher (7) miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeversorgungskreislauf (4) und der Abgasleitung (9) des Gasmotors (1) eine Abgaswärmepumpe (11) angeordnet ist, wobei ein zu der Abgaswärmepumpe (11) gehörender Verdampfer (12) in der Abgasleitung (9) in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase nach dem Abgaswärmetauscher (10) und ein zu der...Device for heat recovery in a CHP, in which a gas engine (1) for generating an electric current is mechanically connected to a generator (2) and the gas engine (1) for utilizing the combustion heat generated during combustion of a fuel in the gas engine (1) :
a) in a cooling water circuit (3) integrated cylinder radiator (5) with a cooling water heat exchanger (6) and
b) an exhaust gas heat exchanger (10) integrated in an exhaust pipe (9) for discharging the combustion gases of the gas engine (1)
is connected, wherein in a heat supply circuit (4) between a return line (17) and a flow line (18) in the order first the exhaust gas heat exchanger (10) and then the cooling water heat exchanger (7) are interconnected,
characterized in that between the heat supply circuit (4) and the exhaust pipe (9) of the gas engine (1) an exhaust gas heat pump (11) is arranged, wherein one of the exhaust gas heat pump (11) associated evaporator (12) in the exhaust pipe (9) in the flow direction the combustion gases after the exhaust gas heat exchanger (10) and one to the ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for heat recovery in a CHP according to the preamble of claim 1.

Derartige Vorrichtungen zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW werden zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Blockkraftheizwerks, insbesondere bei BHKW mit einer elektrischen Leistung von größer 500 kW eingesetzt.such Devices for heat recovery in one CHPs are used to increase the efficiency of the block heating plant, especially for CHP with an electric power of greater 500 kW used.

Ein BHKW (Blockheizkraftwerk) besteht im Wesentlichen aus einem Gasmotor und einem Generator, so dass mit dem BHKW gleichzeitig elektrischer Strom und Wärme erzeugt wird. Als Brennstoff wird häufig Erdgas eingesetzt.One CHP (combined heat and power plant) essentially consists of a gas engine and a generator, so that at the same time with the CHP electric Electricity and heat is generated. As fuel is often natural gas used.

Dazu wird das Erdgas im Gasmotor verbrannt, wobei aus der Expansion der Verbrennungsgase der Generator zur Stromerzeugung angetrieben wird. Gleichzeitig wird der Gasmotor über einen Zylinderkühler des Gasmotors gekühlt und die dabei gewonnene Wärmemenge z. B. in einer Wärmeversorgung genutzt.To the natural gas is burned in the gas engine, whereby from the expansion of the Combustion gases of the generator is driven to generate electricity. At the same time, the gas engine is powered by a cylinder cooler Gas engine cooled and the resulting amount of heat z. B. used in a heat supply.

Um den Wirkungsgrad des BHKW zu steigern, wird die Wärmemenge der Verbrennungsgase zur Vorwärmung in der Wärmeversorgung genutzt. Dabei sinkt die Temperatur der Verbrennungsgase von ca. 420°C auf in der Regel ca. 120°C.Around to increase the efficiency of the CHP, the amount of heat the combustion gases for preheating in the heat supply used. The temperature of the combustion gases of approx. 420 ° C usually 120 ° C.

Wegen der zunehmenden energiepolitischen Bedeutung wird die bauliche Ausführung der BHKW immer größer. Während BHKW vor 20 Jahren in der Regel eine elektrische Leistung bis 300 kW hatten, beträgt die elektrische Leistung heute bis 5 MW. Mit zunehmender Größe der baulichen Ausführung der BHKW wird auch die nicht genutzte Restwärme der Verbrennungsgase immer größer.Because of the increasing importance of energy policy is the structural design the CHP is getting bigger. While CHP before 20 years usually had an electrical power up to 300 kW, the electrical power today is up to 5 MW. With increasing Size of the structural design of the CHP is also the unused residual heat of the combustion gases getting bigger.

Deshalb sind einige Lösungsvorschläge zur Ausnutzung der Restwärme der Verbrennungsgase bekannt.Therefore are some solutions to exploit the Residual heat of the combustion gases known.

Stand der TechnikState of the art

So ist aus der DE 42 03 491 A1 eine Energieversorgungseinheit mit einem Verbrennungs- oder Wärmemotor und einem davon angetriebenen elektrischen Generator sowie einem Boiler bekannt, der über Wärmetauscher von dem Kühlwasser und den Verbrennungsgasen des Motors aufgeheizt wird. Dabei werden die Verbrennungsgase anschließend einem Wärmetauscher zugeführt, um in diesem die Restwärme an einem Wärmepumpenkreislauf abzugeben. Dieser Wärmepumpenkreislauf weist eine Verdichterpumpe auf, die das verdichte Wärmemittel einem Wärmetauscher im Boiler zuführt. Von Nachteil ist aber, dass sowohl die gewonnene Wärmemengen vom Kühlwasser und von den Verbrennungsgasen des Motors als auch die über den Wärmepumpenkreislauf aus den Verbrennungsgasen des Motor gewonnene Restwärme an die Flüssigkeit im Boiler übertragen werden. Da die Flüssigkeit im gesamten Boiler nahezu die gleiche Temperatur aufweist, wird nicht die gesamte zur Verfügung stehende Wärmemenge übertragen. Damit ist diese Energieversorgungseinheit, insbesondere wegen der Zusammenfassung der zurückgewonnenen Wärmemengen in einem Boiler uneffektiv. Zudem ist eine Übertragung des Prinzips der vorgeschlagenen Energieversorgungseinheit auf ein in der baulichen Ausführung großes BHKW nicht möglich, da durch die großen Volumenströme im BHKW der Boiler zu groß und damit das gesamte BHKW zu teuer werden würde.So is out of the DE 42 03 491 A1 a power supply unit with a combustion or heat engine and an electric generator driven therefrom and a boiler known, which is heated by heat exchangers from the cooling water and the combustion gases of the engine. The combustion gases are then fed to a heat exchanger to deliver the residual heat in a heat pump cycle in this. This heat pump cycle has a compressor pump which supplies the compressed heat medium to a heat exchanger in the boiler. The disadvantage, however, is that both the amounts of heat gained from the cooling water and from the combustion gases of the engine and the residual heat recovered from the combustion gases of the engine via the heat pump cycle are transferred to the liquid in the boiler. Since the liquid in the entire boiler has almost the same temperature, not all the available heat is transferred. Thus, this power supply unit, in particular because of the summary of the recovered amounts of heat in a boiler is ineffective. In addition, a transfer of the principle of the proposed power supply unit on a large-scale in the construction of a CHP is not possible because of the large volume flows in the CHP boiler would be too large and thus the entire CHP would be too expensive.

Weiterhin ist aus DE 39 12 113 A1 ein BHKW mit Generatoren zur Stromerzeugung und mindestens zwei Wärmetauschern zur Übernahme der Kühlwasserwärme aus dem Motorblock und der Abgaswärme in einen Heizkreislauf z. B. für eine Gebäudeheizung bekannt, bei der eine zusätzlich im Maschinenraum installierte Wärmepumpe die vom Motorblock und vom Generator durch Konvektion und Strahlung an die Raumluft abgegebene Restwärmeleistung über einen Verdampfer aufnimmt und über einen Kondensator an den Heizkreislauf abgibt.Furthermore, it is off DE 39 12 113 A1 a CHP with generators to generate electricity and at least two heat exchangers to take over the cooling water heat from the engine block and the exhaust heat in a heating circuit z. B. for a building heating, in which an additionally installed in the engine room heat pump receives the output from the engine block and the generator by convection and radiation to the room air residual heat output via an evaporator and emits a capacitor to the heating circuit.

Dabei ist aber von Nachteil, dass die Wärmeübertragung über die Raumluft erfolgt.there but is disadvantageous in that the heat transfer over the room air takes place.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW zu entwickeln, die einerseits für ein in der baulichen Ausführung großes BHKW anwendbar ist und die andererseits eine höhere Nutzleistung aufweist und damit effektiver sowie betriebskostengünstiger ist.Of the The invention is therefore based on the object, a device for To develop heat recovery in a CHP on the one hand for a in the structural design large CHP is applicable and the other hand, a higher Has useful power and thus more effective and lower operating costs is.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 5.These The object is solved by the features of claim 1. Expedient embodiments emerge from the subclaims 2 and 5.

Die neue Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik.The new device for heat recovery in one CHP eliminates the mentioned disadvantages of the prior art.

Vorteilhaft bei der Anwendung der neuen Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW ist es, dass zwischen dem Wärmeversorgungskreislauf und der Abgasleitung des Gasmotors eine Abgaswärmepumpe angeordnet ist, wobei ein zu der Abgaswärmepumpe gehörender Verdampfer in der Abgasleitung in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase nach dem Abgaswärmetauscher und ein zu der Abgaswärmepumpe gehörender Kondensator im Wärmeversorgungskreislauf zwischen der Rücklaufleitung und dem Abgaswärmetauscher angeordnet ist. Dabei wird die gesamte aus den Verbrennungsgasen zurückgewonnene Wärme, also nicht nur die fühlbare, sondern auch die latente Wärme (Abgaskondensation) der Verbrennungsgase zur Erwärmung des Warmwassers im Wärmeversorgungskreislauf genutzt, wodurch die Wärmerückgewinnung effizient und kostengünstig ist.Advantageous in the application of the new device for heat recovery in a CHP it is that between the heat supply cycle and the exhaust pipe of the gas engine, an exhaust heat pump is arranged, one belonging to the exhaust heat pump Evaporator in the exhaust pipe in the flow direction of Combustion gases after the exhaust gas heat exchanger and a to the exhaust gas heat pump belonging capacitor in Heat supply circuit between the return line and the exhaust gas heat exchanger is arranged. Here is the total heat recovered from the combustion gases, not only the sensible, but also the latent heat (Exhaust gas condensation) of the combustion gases for heating used by the hot water in the heat supply circuit, causing the heat recovery efficient and cost-effective is.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels für ein BHKW mit einer elektrischen Leistung von 2000 kW näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige Figur der Beschreibung eine schematische Darstellung der neuen Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW.The Invention is based on an embodiment of a CHP with an electrical output of 2000 kW closer be explained. The only figure of the description shows a schematic representation of the new device for heat recovery in a CHP.

Die neue Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW umfasst gemäß der Figur einen Gasmotor 1 mit einem Generator 2, wobei der Gasmotor 1 über einen Kühlwasserkreislauf 3 mit einem Wärmeversorgungskreislauf 4 verbunden ist. Dazu umfasst der Kühlwasserkreislauf 3 neben einem Zylinderkühler 5 des Gasmotors 1 einen Kühlwasserwärmetauscher 6, der in dem Wärmeversorgungskreislauf 4 integriert ist.The new device for heat recovery in a CHP comprises according to the figure, a gas engine 1 with a generator 2 where the gas engine 1 via a cooling water circuit 3 with a heat supply circuit 4 connected is. This includes the cooling water circuit 3 next to a cylinder cooler 5 of the gas engine 1 a cooling water heat exchanger 6 who is in the heat supply cycle 4 is integrated.

Der Gasmotor 1 ist eingangsseitig über eine Gasleitung 7 mit einem Anschluss 8 zur Brenngas- und Verbrennungsluftversorgung angeschlossen. Ausgangsseitig ist der Gasmotor 1 mit einer Abgasleitung 9 verbunden.The gas engine 1 is on the input side via a gas line 7 with a connection 8th connected to the fuel gas and combustion air supply. On the output side is the gas engine 1 with an exhaust pipe 9 connected.

In der Abgasleitung 9 sind in Reihe zwei Abgaswärmetauscher 10, 10' angeordnet, die ebenfalls in dem Wärmeversorgungskreislauf 4 integriert sind. Weiterhin befindet sich in der Abgasleitung 9 ein zu einer Abgaswärmepumpe 11 gehörender Verdampfer 12. Ein zu der Abgaswärmepumpe 11 gehörender Kondensator 13 ist in dem Wärmeversorgungskreislauf 4 integriert.In the exhaust pipe 9 are in series two exhaust gas heat exchangers 10 . 10 ' arranged, which is also in the heat supply circuit 4 are integrated. Furthermore, it is located in the exhaust pipe 9 a to an exhaust gas heat pump 11 belonging evaporator 12 , On to the exhaust gas heat pump 11 belonging capacitor 13 is in the heat supply cycle 4 integrated.

Die zu der Abgaswärmepumpe 11 gehörenden Verdampfer 12 und Kondensator 13 sind über einen Arbeitsmediumkreislauf 14 miteinander verbunden, wobei der Arbeitsmediumkreislauf 14, jeweils zwischen dem Verdampfer 12 und dem Kondensator 13, ein Verdichter 15 und ein Entspannungsventil 16 angeordnet sind. Dabei ist der Arbeitsmediumkreislauf 14 mit einem geeigneten Kältemittel, insbesondere einem Kältemittel R134a als Arbeitsmedium gefüllt.The to the exhaust gas heat pump 11 belonging evaporator 12 and capacitor 13 are over a working medium cycle 14 connected to each other, wherein the working medium circuit 14 , each between the evaporator 12 and the capacitor 13 , a compressor 15 and a relaxation valve 16 are arranged. Here is the working medium circuit 14 filled with a suitable refrigerant, in particular a refrigerant R134a as the working medium.

Die in dem Wärmeversorgungskreislauf 4 integrierten Kühlwasserwärmetauscher 6, Abgaswärmetauscher 10, 10' und Kondensator 13 sind zwischen einer Rücklaufleitung 17 und einer Vorlaufleitung 18 des Wärmeversorgungskreislaufes 4 nacheinander angeordnet. Dabei mündet die Rücklaufleitung 17 des Wärmeversorgungskreislaufes 4 eingangsseitig in den Kondensator 13 der Abgaswärmepumpe 11. Ausgangsseitig ist der Kondensator 13 über die Abgaswärmetauscher 10, 10' eingangsseitig mit dem Kühl wasserwärmetauscher 6 verbunden. An den Kühlwasserwärmetauscher 6 ist ausgangsseitig die Vorlaufleitung 18 angeschlossen.The in the heat supply cycle 4 integrated cooling water heat exchanger 6 , Exhaust gas heat exchanger 10 . 10 ' and capacitor 13 are between a return line 17 and a supply line 18 of the heat supply circuit 4 arranged one after the other. The return line opens 17 of the heat supply circuit 4 on the input side into the capacitor 13 the exhaust gas heat pump 11 , The output side is the capacitor 13 over the exhaust gas heat exchanger 10 . 10 ' on the input side with the cooling water heat exchanger 6 connected. To the cooling water heat exchanger 6 the output side is the supply line 18 connected.

Die Funktionsweise der neuen Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW wird gemäß der einzigen Figur der Beschreibung erläutert.The Operation of the new device for heat recovery in a CHP is according to the single figure of Description explained.

Dem Gasmotor 1 wird über die Gasleitung 7 und dem Brenngasanschluss 8 ein Brenngas- und Verbrennungsluftgemisch, vorzugsweise Erdgas-/Luftgemisch zugeführt. Das Erdgas-/Luftgemisch wird im Gasmotor 1 verbrannt und die Verbrennungsgase werden über die Abgasleitung 9 abgeleitet.The gas engine 1 is via the gas line 7 and the fuel gas connection 8th a fuel gas and combustion air mixture, preferably fed natural gas / air mixture. The natural gas / air mixture is in the gas engine 1 burned and the combustion gases are through the exhaust pipe 9 derived.

Die bei der Verbrennung des Erdgas-/Luftgemisches entstehenden Verbrennungsgase treiben einen Kolben des Gasmotors 1 an, dessen Hubbewegung über ein Getriebe in eine Drehbewegung umgewandelt und an den Generator 2 übertragen wird. Der im Generator 2 gewonnene Strom wird einem in der Figur nicht dargestellten Abnehmer, insbesondere einer Stromversorgung zur Verfügung gestellt.The combustion gases produced during the combustion of the natural gas / air mixture drive a piston of the gas engine 1 on, whose stroke is converted by a gear in a rotary motion and to the generator 2 is transmitted. The one in the generator 2 obtained power is provided to a customer, not shown in the figure, in particular a power supply available.

Die bei der Verbrennung des Erdgas-/Luftgemisches entstehende Abwärme wird über den Zylinderkühler 5 des Gasmotors 1 und den Kühlwasserkreislauf 3 an den Kühlwasserwärmetauscher 6 übertragen, wobei die Vor- und Rücklauftemperaturen des Kühlwasserwärmetauschers 6 im Kühlwasserkreislauf 3 ca. 90°C und ca. 80°C betragen. Im Kühlwasserwärmetauscher 6 wird die im Kühlwasserkreislauf 3 enthaltene Wärme an den Wärmeversorgungskreislauf 4 abgegeben und das im Wärmeversorgungskreislauf 4 geführte Warmwasser von einer Temperatur von ca. 79°C auf ca. 90°C erwärmt.The waste heat produced during the combustion of the natural gas / air mixture is transferred via the cylinder cooler 5 of the gas engine 1 and the cooling water circuit 3 to the cooling water heat exchanger 6 transferred, with the flow and return temperatures of the cooling water heat exchanger 6 in the cooling water circuit 3 about 90 ° C and about 80 ° C. In the cooling water heat exchanger 6 will be in the cooling water circuit 3 contained heat to the heat supply circuit 4 delivered and that in the heat supply cycle 4 heated hot water from a temperature of about 79 ° C to about 90 ° C heated.

Die bei der Verbrennung des Erdgas-/Luftgemisches im Gasmotor 1 entstehenden Verbrennungsgase, die eine Temperatur von ca. 420°C aufweisen, werden zu den in der Abgasleitung 9 angeordneten Abgaswärmetauscher 10, 10' abgeleitetet und im ersten Abgaswärmetauscher 10 auf eine Temperatur von ca. 120°C und im zweiten Abgaswärmetauscher 10' auf eine Temperatur von ca. 60°C stufenweise abgekühlt. Gleichzeitig wird im Abgaswärmetauscher 10 die den Verbrennungsgasen entzogene Wärme an den Wärmeversorgungskreislauf 4 abgegeben. Dabei wird das Arbeitsmedium des Kühlwasserkreislaufes 3 im zweiten Abgaswärmetauscher 10' von einer Temperatur von ca. 61,3°C auf ca. 76,2°C und im ersten Abgaswärmetauscher 10 auf eine Temperatur von ca. 79°C stufenweise erwärmt.The combustion of the natural gas / air mixture in the gas engine 1 resulting combustion gases, which have a temperature of about 420 ° C, to those in the exhaust pipe 9 arranged exhaust gas heat exchanger 10 . 10 ' derived and in the first exhaust gas heat exchanger 10 to a temperature of about 120 ° C and in the second exhaust gas heat exchanger 10 ' Gradually cooled to a temperature of about 60 ° C. At the same time in the exhaust gas heat exchanger 10 the heat extracted from the combustion gases to the heat supply circuit 4 issued. At the same time, the working medium of the cooling water circuit becomes 3 in the second exhaust gas heat exchanger 10 ' from a temperature of about 61.3 ° C to about 76.2 ° C and in the first exhaust gas heat exchanger 10 heated to a temperature of about 79 ° C gradually.

Anschließend werden die Verbrennungsgase in den Verdampfer 12 der Abgaswärmepumpe 11 geführt und von einer Temperatur von ca. 60°C auf ca. 40°C abgekühlt. Gleichzeitig wird im Kondensator 13 der Abgaswärmepumpe 11 das im Wärmeversorgungskreislauf 4 geführte Warmwasser von einer Temperatur von ca. 45°C auf ca. 61,3°C erwärmt.Subsequently, the combustion gases in the evaporator 12 the exhaust gas heat pump 11 guided and cooled from a temperature of about 60 ° C to about 40 ° C. At the same time in the condenser 13 the exhaust gas heat pump 11 that in the heat supply cycle 4 heated hot water heated from a temperature of about 45 ° C to about 61.3 ° C.

Dazu nimmt das Arbeitsmedium des Arbeitsmediumkreislaufes 14 der Abgaswärmepumpe 11 in einem flüssigen Aggregatszustand bei einem geringen Druckniveau die den Verbrennungsgasen entzogene Wärmeenergie über den Verdampfer 12 auf und wird dabei verdampft. Das nun gasförmige Arbeitsmedium wird durch den Verdichter 15 angesaugt und auf ein höheres Druckniveau verdichtet. Vom Verdichter 15 aus gelangt das gasförmige, nun auf ein höheres Druckniveau verdichtete und damit auch wärmere Arbeitsmedium zum Kondensator 13, wo es die Wärmeenergie an das im Wärmeversorgungskreislauf 4 geführte Warmwasser abgibt. Dabei kondensiert das Arbeitsmedium. Danach gelangt das nun flüssige Arbeitsmedium zum Entspannungsventil 16, durch das das Arbeitsmedium wieder auf das geringere Druckniveau entspannt wird. Vom Entspannungsventil 16 aus gelangt das flüssige Arbeitsmedium zurück zum Verdampfer 12 und der zuvor beschriebene Prozess des Arbeitsmediumkreislaufes 14 wiederholt sich.For this purpose, the working medium of the working medium circuit takes 14 the exhaust gas heat pump 11 in a liquid state of aggregation at a low pressure level, the heat energy extracted from the combustion gases via the evaporator 12 on and is evaporated. The now gaseous working fluid is passed through the compressor 15 sucked and compressed to a higher pressure level. From the compressor 15 From the gaseous, now compressed to a higher pressure level and thus also warmer working fluid to the condenser 13 where there is the heat energy to that in the heat supply circuit 4 Guided hot water gives. The working medium condenses. Thereafter, the now liquid working fluid reaches the expansion valve 16 , by which the working medium is relaxed again to the lower pressure level. From the relaxation valve 16 From the liquid working fluid comes back to the evaporator 12 and the above-described process of the working medium cycle 14 repeated.

Mit den zuvor beschriebenen Teilschritten der Funktionsweise der neuen Vorrichtung wird das Warmwasser mit einem Volumenstrom von ca. 54,7 m3/h im Wärmeversorgungskreislauf 4 gemäß der Tab. 1 von einer Temperatur in der Rücklaufleitung 17 von ca. 45°C auf eine Temperatur in der Vorlaufleitung 18 von ca. 90°C stufenweise erwärmt, wobei das Warmwasser in Strömungsrichtung nach dem Kondensator 13 der Abgaswärmepumpe 11 eine Temperatur von ca. 61,3°C und in Strömungsrichtung nach den Abgaswärmetauscher 10, 10' eine Temperatur von ca. 79°C aufweist.With the partial steps of the operation of the new device described above, the hot water with a flow rate of about 54.7 m 3 / h in the heat supply circuit 4 according to Tab. 1 of a temperature in the return line 17 from about 45 ° C to a temperature in the supply line 18 heated gradually from about 90 ° C, the hot water in the flow direction after the condenser 13 the exhaust gas heat pump 11 a temperature of about 61.3 ° C and in the flow direction to the exhaust gas heat exchanger 10 . 10 ' has a temperature of about 79 ° C.

Die Tab. 2 zeigt die Energiebilanzen für das BHKW mit Abgaswärmepumpe 11 und für ein BHKW ohne Abgaswärmepumpe 11, beispielhaft für ein BHKW mit einer elektrischen Leistung von ca. 2000 kW.Tab. 2 shows the energy balances for the CHP with exhaust gas heat pump 11 and for a CHP without exhaust gas heat pump 11 , exemplary for a CHP with an electrical power of about 2000 kW.

Üblicherweise werden die Verbrennungsgase im Abgaswärmetauscher 10 auf ca. 120°C abgekühlt. Damit ergibt sich die Energiebilanz mit einer Nutzleistung von ca. 83%. Wird das Abgas auf ca. 40°C abgekühlt, wird nicht nur die fühlbare, sondern auch die latente Wärme genutzt. Deren Anteil ist, besonders bei Erdgas, durch den hohen Wasserdampfanteil im Abgas erheblich.Usually, the combustion gases in the exhaust gas heat exchanger 10 cooled to about 120 ° C. This results in an energy balance with a net output of approx. 83%. If the exhaust gas is cooled to about 40 ° C, not only the sensible, but also the latent heat is used. Their share is, especially in natural gas, due to the high water vapor content in the exhaust gas considerably.

Die heutigen Gasmotoren sind Magermotoren mit einem Luftüberschuss von ca. 180%. Dabei beträgt die Kondensationstemperatur des Wasserdampfes im Abgas ca. 48°C. Deshalb muss das Abgas im Verdampfer 12 der Abgaswärmepumpe 11 auf ca. 40°C abgekühlt werden, damit die Kondensationswärme genutzt werden kann (Brennwertbetrieb).Today's gas engines are lean-burn engines with an excess of air of approx. 180%. The condensation temperature of the water vapor in the exhaust gas is approx. 48 ° C. Therefore, the exhaust gas must be in the evaporator 12 the exhaust gas heat pump 11 be cooled to about 40 ° C, so that the heat of condensation can be used (condensing operation).

Durch den Einsatz der Abgaswärmepumpe 11 verschlechtert sich der elektrische Wirkungsgrad, weil der Verdichter 15 der Abgaswärmepumpe 11 einen Teil der durch den Generator 2 erzeugten elektrischen Energie benötigt. Der Wärmenutzungsgrad erhöht sich auf ca. 60% und damit die Nutzleistung auf ca. 100%. Mit der Abgaswärmepumpe 11 werden 2% weniger Strom, aber 17% mehr Wärme erzeugt.By using the exhaust gas heat pump 11 worsens the electrical efficiency because of the compressor 15 the exhaust gas heat pump 11 a part of the generator 2 generated electrical energy needed. The degree of heat utilization increases to approx. 60% and thus the net output to approx. 100%. With the exhaust gas heat pump 11 2% less electricity, but 17% more heat.

Alternativ ist es auch denkbar, die Abgaswärmetauscher 10, 10' in einem Wärmetauscher zusammenzufassen und zum Beispiel als gemeinsamen Abgaswärmetauscher 10 auszuführen.Alternatively, it is also conceivable, the exhaust gas heat exchanger 10 . 10 ' in a heat exchanger and, for example, as a common exhaust gas heat exchanger 10 perform.

Ebenso kann als Brennstoff anstelle des Erdgases auch jeder andere geeignete Brennstoff, insbesondere Dieselkraftstoff eingesetzt werden. Tab. 1: Wärmebilanz des Wärmeversorgungskreislaufes 4 bei einem Volumenstrom des Warmwassers von 54,7 m3/h Wärmetauscher des Wärmeversorgungskreislaufes 4 Eintrittstemperatur [°C] Austrittstemperatur [°C] Temperaturdifferenz [K] Wärmeleistung [kW (Hu)] [%] Kondensator 13 45,0 61,3 16,3 685 24,1 Abgaswärmetauscher 10' 61,3 76,2 14,9 943 33,2 Abgaswärmetauscher 10 76,2 79,0 2,8 186 6,2 Kühlwasserwärmetauscher 6 79,0 90,0 11,0 1026 36,1 Summe: 45 2840 ≈ 100 Tab. 2: Energiebilanzen für das BHKW mit Abgaswärmepumpe 11 und für ein BHKW ohne Abgaswärmepumpe 11 Bilanzgrößen Einheit BHKW mit Abgaswärmepumpe BHKW ohne Abgaswärmepumpe Brennstoffbedarf kW (Hu) 4762 % 100 Abgastemperatur °C 40 120 Elektrische Leistung kW (Hu) 1900 2000 % 40 42 Wärmeleistung kW (Hu) 2840 1969 % 59,5 41,3 Nutzleistung kW (Hu) 4740 3969 % 99,5 83,3 Likewise, any other suitable fuel, in particular diesel fuel can be used as fuel instead of natural gas. Tab. 1: Heat balance of the heat supply circuit 4 with a volume flow of hot water of 54.7 m 3 / h Heat exchanger of the heat supply circuit 4 Inlet temperature [° C] Outlet temperature [° C] Temperature difference [K] Heat output [kW (Hu)] [%] capacitor 13 45.0 61.3 16.3 685 24.1 Exhaust gas heat exchanger 10 ' 61.3 76.2 14.9 943 33.2 Exhaust gas heat exchanger 10 76.2 79.0 2.8 186 6.2 Cooling water heat exchanger 6 79.0 90.0 11.0 1026 36.1 Total: 45 2840 ≈ 100 Tab. 2: Energy balances for the CHP with exhaust gas heat pump 11 and for a CHP without exhaust gas heat pump 11 balance sheet items unit CHP with exhaust gas heat pump CHP without exhaust gas heat pump fuel demand kW (Hu) 4762 % 100 exhaust gas temperature ° C 40 120 Electrical power kW (Hu) 1900 2000 % 40 42 heat output kW (Hu) 2840 1969 % 59.5 41.3 Net power kW (Hu) 4740 3969 % 99.5 83.3

11
Gasmotorgas engine
22
Generatorgenerator
33
KühlwasserkreislaufCooling water circuit
44
WärmeversorgungskreislaufHeat supply circuit
55
Zylinderkühlercylinder cooler
66
KühlwasserwärmetauscherCooling water heat exchanger
7seven
Gasleitunggas pipe
88th
BrenngasanschlussFuel gas connection
99
Abgasleitungexhaust pipe
10, 10'10 10 '
AbgaswärmetauscherExhaust gas heat exchanger
1111
Abgaswärmepumpeexhaust gas heat pump
1212
VerdampferEvaporator
1313
Kondensatorcapacitor
1414
ArbeitsmediumkreislaufWorking medium circuit
1515
Verdichtercompressor
1616
Entspannungsventilexpansion valve
1717
RücklaufleitungReturn line
1818
Vorlaufleitungsupply line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4203491 A1 [0008] - DE 4203491 A1 [0008]
  • - DE 3912113 A1 [0009] - DE 3912113 A1 [0009]

Claims (5)

Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW, bei der ein Gasmotor (1) zur Erzeugung eines elektrischen Stroms mechanisch mit einem Generator (2) verbunden ist und der Gasmotor (1) zur Nutzung der bei der Verbrennung eines Brennstoffs im Gasmotor (1) entstehenden Verbrennungswärme über: a) einen in einem Kühlwasserkreislauf (3) integrierten Zylinderkühler (5) mit einem Kühlwasserwärmetauscher (6) und b) einen in einer Abgasleitung (9) zur Ableitung der Verbrennungsgase des Gasmotors (1) integrierten Abgaswärmetauscher (10) verbunden ist, wobei in einem Wärmeversorgungskreislauf (4) zwischen einer Rücklaufleitung (17) und einer Vorlaufleitung (18) in der Reihenfolge erst der Abgaswärmetauscher (10) und anschließend der Kühlwasserwärmetauscher (7) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeversorgungskreislauf (4) und der Abgasleitung (9) des Gasmotors (1) eine Abgaswärmepumpe (11) angeordnet ist, wobei ein zu der Abgaswärmepumpe (11) gehörender Verdampfer (12) in der Abgasleitung (9) in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase nach dem Abgaswärmetauscher (10) und ein zu der Abgaswärmepumpe (11) gehörender Kondensator (13) im Wärmeversorgungskreislauf (4) zwischen der Rücklaufleitung (17) und dem Abgaswärmetauscher (10) angeordnet sind.Device for heat recovery in a CHP, in which a gas engine ( 1 ) for generating an electrical current mechanically with a generator ( 2 ) and the gas engine ( 1 ) for the use of the combustion of a fuel in the gas engine ( 1 ) combustion heat over: a) one in a cooling water circuit ( 3 ) integrated cylinder cooler ( 5 ) with a cooling water heat exchanger ( 6 ) and b) one in an exhaust pipe ( 9 ) for the discharge of the combustion gases of the gas engine ( 1 ) integrated exhaust gas heat exchanger ( 10 ), wherein in a heat supply circuit ( 4 ) between a return line ( 17 ) and a supply line ( 18 ) in the order first the exhaust gas heat exchanger ( 10 ) and then the cooling water heat exchanger ( 7 ), characterized in that between the heat supply circuit ( 4 ) and the exhaust pipe ( 9 ) of the gas engine ( 1 ) an exhaust gas heat pump ( 11 ), wherein a to the exhaust gas heat pump ( 11 ) associated evaporator ( 12 ) in the exhaust pipe ( 9 ) in the flow direction of the combustion gases after the exhaust gas heat exchanger ( 10 ) and to the exhaust heat pump ( 11 ) belonging capacitor ( 13 ) in the heat supply circuit ( 4 ) between the return line ( 17 ) and the exhaust gas heat exchanger ( 10 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu der Abgaswärmepumpe (11) gehörenden Verdampfer (12) und Kondensator (13) über einen Arbeitsmediumkreislauf (14) miteinander verbunden sind, wobei im Arbeitsmediumkreislauf (14) in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums zwischen dem Verdampfer (12) und dem Kondensator (13) ein Verdichter (15) sowie zwischen dem Kondensator (13) und dem Verdampfer (12) ein Entspannungsventil (16) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the to the exhaust gas heat pump ( 11 ) belonging evaporator ( 12 ) and capacitor ( 13 ) via a working medium circuit ( 14 ) are interconnected, wherein in the working medium circuit ( 14 ) in the flow direction of the working medium between the evaporator ( 12 ) and the capacitor ( 13 ) a compressor ( 15 ) and between the capacitor ( 13 ) and the evaporator ( 12 ) an expansion valve ( 16 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (15) des Arbeitsmediumkreislaufes (14) zur Stromversorgung des Verdichters (15) elektrisch mit dem Generator (2) verbunden ist.Device according to claim 2, characterized in that the compressor ( 15 ) of the working medium circuit ( 14 ) for the power supply of the compressor ( 15 ) electrically with the generator ( 2 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium im Arbeitsmediumkreislauf (14) ein Kältemittel R134a ist.Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the working medium in the working medium circuit ( 14 ) is a refrigerant R134a. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zum Abgaswärmetauscher (10) ein zweiter Abgaswärmetauscher (10') angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims 1, characterized in that in series with the exhaust gas heat exchanger ( 10 ) a second exhaust gas heat exchanger ( 10 ' ) is arranged.
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