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Dokumentenidentifikation DE10026684C2 08.05.2002
Titel Verbesserung des Wirkungsgrades bei Blockheizkraftwerken mit Antrieb durch Dieselmotor
Anmelder Hager, Rudolf, 83727 Schliersee, DE
Erfinder Hager, Rudolf, 83727 Schliersee, DE
DE-Anmeldedatum 30.05.2000
DE-Aktenzeichen 10026684
Offenlegungstag 13.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.2002
IPC-Hauptklasse F02M 25/10
IPC-Nebenklasse F02B 3/08   
Zusammenfassung Um den Wirkungsgrad von Blockheizkraftwerken mit Antrieb durch Diesel-Motoren zu verbessern, wird vorgeschlagen, nur Zufuhr von wesentlich reinem Sauerstoff (anstelle von Luft) in stöchiometrischen Verhältnis zum Brennstoff vorzusehen. Hierdurch kann eine erhebliche Brennstoffeinsparung erzielt werden. Am zweckmäßigsten hierbei ist konstant geregelte Dauerlast bei 1500 U/M). Um die notwendige Verdichtung zur Zündung zu erhalten, ist eine Verkleinerung des Brennraums um ca. 70-80% gegenüber dem mit Luft betriebenen Dieselmotor zu empfehlen.
Da die Auspuffgase nach diesem Verfahren keinen Stickstoff enthalten, ist eine weitgehende Ausnützung des Wärmepotentials der Auspuffgase durch Kondensation zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades möglich.

Beschreibung[de]

Dem Antriebsmotor (Zweitakt-Diesel-Motor) wird anstelle des üblichen Umgebungs- Luftgemischs (ca. 21% O2 und ca. 78% N3) zur Verbrennung nur wesentlich reiner Sauerstoff in stöchiometrischen Verhältnis zum Brennstoff zugeführt.

Es ist bereits ein umweltfreundliches Blockheizkraftwerk aus der DE 42 01 627 A1 bekannt, bei dem ein Zweitaktdiesel zum Einsatz kommt. Die Abgase dieses Motors werden in einem Wärmetauscher soweit abgekühlt, daß die Rußpartikel als Kondensationskerne ausgeschieden werden können. Der bei diesem Blockheizkraftwerk eingesetzte Motor wird mit Luft betrieben, wobei eine erhebliche Menge an Luftstickstoff den Wirkungsgrad des Prozesses verschlechtert. Ausserdem kann bestenfalls der Wasserdampfanteil aus dem Abgas auskondensiert werden.

Aus der DE 41 17 829 A1 beispielsweise ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der mit reinem Sauerstoff betrieben wird, der durch ein Druckwechsel-Adsorptions-Verfahren gewonnen wird. Die beim Betrieb des Verbrennungsmotors anfallende Abwärme wird hierbei an die Umwelt abgegeben. Hinsichtlich der Behandlung der Auspuffgase wird nichts ausgesagt.

Bei dem Auspuffgasen sitzt vorliegende Erfindung an!

Die entstehenden Abgase (H2O + H2CO3 bzw. CO2) können zur Gewinnung von Heizenergie nahezu voll kondensiert werden.

Im Vergleich zur konventionellen Verbrennung mit Umgebungsluft im Motorenraum - ist das Volumen der Auspuffgase mehr als 75% niedriger, da die Stickstoffanteile fehlen.

Hieraus ergibt sich, daß neben den bei Dieselmotoren lästigen Stickoxyden (NOx) - durch Fehlen von Stickstoff - auch die lästigen Ruß Partikel - durch die bessere Verbrennung - weitgehend entfallen.

Eine Verkleinerung des Brennraums um ca. 70-80% gegenüber dem mit Luft betriebenen Dieselmotor ist zu empfehlen, um die notwendige Verdichtung zur Zündung zu erhalten.

Gegenüber der konventionellen, nur teilweisen Energie - Rückgewinnung aus den Auspuffgasen mittels Wärmetauschern, können bei dem oben geschilderten neuen Verfahren die Auspuffgase nahezu voll kondensiert werden, bzw. die Heiz-Energie der Auspuffgase nahezu vollständig zurückgewonnen werden.

Zusätzlich entfällt bei diesem Verfahren die lästige Auspuffabführung für Abgase.

Anfallendes Kohlendioxyd und evtl. andere Restgase können relativ problemlos abgeleitet werden.

Der notwendige Sauerstoff kann z. B. mit Geräten des Druckwechsel-Adsorptions-Verfahrens (PSA) mit einem Einsatz von ca. 0,8-1 KW/h/E pro cbm O2 (Reinheit höher als 97%) über Vorratsbehälter zur Verfügung gestellt werden. Aber auch andere bekannte Verfahren, wie z. B. Luftverflüssigung usw. können den benötigten Sauerstoff liefern.

Die elektrische Versorgung für Sauerstoff kann am besten mittels der Stromerzeugung vom eigenen Blockheizkraftwerk, aber auch über Machtstrom, Photovoltaik, oder anderen Quellen, erfolgen.

Die Leistungssteigerung im Antriebsmotor bzw. die erheblich höhere Wärmerückgewinnung aus den Auspuffgasen, übertrifft bei weitem den Energieeinsatz für die benötigte Elektrizität.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum rationellen Einsatz von Dieselmotoren in Blockheizkraftwerken durch Kraft-Wärme-Kopplung, wobei einem Dieselmotor reiner oder wesentlich reiner Sauerstoff in stöchiometrischem Verhältnis zum Kraftstoff zugeführt wird, die anfallenden Auspuffgase in einem oder mehreren Wärmetauschern kondensiert werden und die in den Wärmetauschern anfallende Wärme einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dieselmotor ein Zweitakter oder ein Viertakter ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motordrehzahl konstant bei 1500 Umdrehungen/Minute eingeregelt ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verbrennung erforderliche Sauerstoff durch ein Druckwechsel-Absorptions-Verfahren (PSA) oder eine Luftverflüssigungsanlage bereitgestellt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Sauerstoffzufuhr zum Dieselmotor durch ein Verkürzen der Einlassdauer des Sauerstoffs oder durch eine Verringerung der Öffnungstiefe des Einlassventils erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff RME-Biodiesel eingesetzt wird.
  7. 7. Blockheizkraftwerk zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Dieselmotor, eine Regelvorrichtung zur stöchiometrischen Zufuhr von Sauerstoff in den Motor und zumindest einen Wärmetauscher im Auspuff des Motors zur Kondensation der Abgase.






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