EINRICHTUNG MIT EINEM VERBRENNUNGSMOTOR, EINEM STROMGENERATOR UND EINEM HEIZGERÄT Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einem Stromgenerator mit einem Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise zur Verwendung als Blockheizkraftwerk derzeit in der Diskussion. Eine gattungsgemäße Einrichtung ist aus der DE 42 26 122 A1 bekannt. Bei der dortigen Einrichtung sind der Verbrennungsmotor sowie das Heizgerät miteinander hinsichtlich eines Wasserkreislaufs und bezüglich der Einleitung von Abgasen des Verbrennungsmotors in eine Brennkammer des Heizgeräts miteinander gekoppelt. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Einrichtung verbes- sert werden. Dort wird vorgeschlagen, bei entsprechend großem Wärmebedarf ein Wärmeübertragungsmedium in der Brennkammer zugleich durch die zugeführten Abgase des Verbrennungsmotors und Zuschalten des Brenners zu erwärmen. Die Praxis zeigt jedoch, dass eine Einspeisung von Abgasen eines Verbrennungsmotors in eine Brennkammer den dort stattfindenden Verbren- nungsvorgang stört. Hierdurch kann der Brenner nicht optimal betrieben werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend zu verbessern, dass insgesamt ein verbesserter Wirkungs- grad erzielt wird, auch hinsichtlich des Verbrennungsvorgangs eines Brennstoffs in der Brennkammer.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Diese Aufgabe wird durch die in dem Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Soweit Elemente wie ein Verbrennungsmotor, ein Stromgenerator, ein Heizge- rät oder andere Elemente der Einrichtung in der Einzahl genannt sind, umfasst dies gegebenenfalls auch eine Mehrzahl solcher Elemente.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Abgasauslassanschluss des Verbrennungsmotors mit einem Abgaseinlassanschluss des ersten Wärme- tauschers verbunden ist. Vorteilhaft ist der Abgasauslassanschluss des Verbrennungsmotors mit dem Abgaseinlassanschluss zur Zufuhr von Abgasen des Verbrennungsmotors zu dem Wärmetauscher verbunden. Hierdurch können die Abgase des Verbrennungsmotors aus der Brennkammer herausgehalten werden, so dass der vom Brenner durchgeführte Verbrennungsprozess hierdurch nicht gestört wird. Dies erlaubt einen effizienteren Betrieb bei der Verbrennung des Brennstoffs in dem Heizgerät. Der synergetische Effekt durch die Zufuhr der heißen Abgase des Verbrennungsmotors bleibt auch bei der vorgeschlagenen Einspeisung der Abgase in den ersten Wärmetauschern erhalten oder kann bei einem günstig gewählten Einspeisepunkt in den Wärme- tauscher sogar verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann daher permanent mit einem Wirkungsgrad von mindestens 99,5 % betrieben werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Entkopplung zwischen der Abgaszuführung des Verbrennungsmotors und der Brennkammer die Brennstoffe für den Brenner des Heizgeräts und den Verbrennungsmotor beliebig ausgewählt werden kann, da die chemische Zusammensetzung der Abgase des Verbrennungsmotors keinen Einfluss mehr auf die Verbrennung in der Brennkammer hat. So kann der Verbrennungsmotor beispielsweise als Dieseloder Benzinmotor oder als Biogas- oder Erdgasmotor ausgebildet sein. Zur Verbrennung in der Brennkammer des Heizgeräts können alle üblichen Brennstoffe verwendet werden, wie Heizöl, Erdgas, Biogas, andere brennbare Gase oder sonstige geeignete Brennstoffe. Ein weiterer Vorteil der Entkopplung zwischen der Abgaszuführung des Verbrennungsmotors und der Brennkammer besteht darin, dass auch größere Auswahlmöglichkeiten bezüglich der konstruktiven Ausführung des Verbrennungsmotors vorhanden sind. So ist es bei Anwendung der Erfindung problemlos möglich, statt einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor auch z.B. einen Ein- zylinder- Verbrennungsmotor einzusetzen. Dies war beim Stand der Technik problematisch, da Einzylindermotoren starke Pulsationen im Abgasstrom aufweisen, durch die bei direkter Einspeisung der Abgase in die Brennkammer die Verbrennung zusätzlich gestört wird. Bei der vorgeschlagenen Einspeisung in den ersten Wärmetauscher kann vorteilhaft ohne weiteres ein preisgünstiger Einzylinder- Verbrennungsmotor verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher der Verbrennungsmotor als Einzylindermotor ausgebildet. Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Vollbrennwertsystem realisiert werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann beispielsweise als Blockheizkraftwerk eingesetzt werden. Der Stromgenerator dient dabei zur Erzeugung elektrischer Energie, die in ein Stromversorgungsnetz eingespeist werden kann.

Der erste Wärmetauscher weist zwei voneinander getrennte Wärmekreise auf. Der erste Wärmetauscher ist hinsichtlich eines ersten Wärmekreises von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbar. Das Wärmeübertragungsmedium ist z.B. Luft, bzw. eine Mischung aus Luft und den bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehenden Abgasen. Ein zweiter Wärmekreis, an den die Wärme des Wärmeübertragungsmediums abgegeben wird, kann unterschied- lieh ausgestaltet sein. Der zweite Wärmekreis kann z.B. ein Wasserkreislauf sein. Denkbar ist auch, im zweiten Wärmekreis ein gasförmiges Medium, z.B. Luft, zu verwenden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Abgaseinlassanschluss nach Maßgabe der erwarteten Abgastemperatur der Abgase des Verbrennungsmotors derart an dem ersten Wärmetauscher positioniert, dass die Temperatur der am Abgaseinlassanschluss eingeleiteten Abgase im Wesentlichen der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums im ersten Wärme- tauscher im Bereich des Abgaseinlassanschlusses entspricht. Hierdurch kann eine temperaturmäßige Anpassung der eingeleiteten Abgase an das Wärmeübertragungsmedium vorgenommen werden, wodurch eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads der Einrichtung erzielt wird. Vorteilhaft wird der Einspeisepunkt anlagenspezifisch festgelegt, insbesondere leistungsspezifisch im Hinblick auf die gewünschte Nennheizleistung des Heizgeräts.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Abgaseinlassanschluss derart an dem ersten Wärmetauscher positioniert, dass die Differenz zwischen der Temperatur der am Abgaseinlassanschluss eingeleiteten Abgase und der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums im Bereich des Abgaseinlassanschlusses 30°C nicht überschreitet. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Anpassung zwischen der Abgastemperatur und der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums zu höchstmöglichen Wirkungsgraden der Einrichtung führt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dem ersten Wärmetauscher ein zweiter Wärmetauscher nachgeschaltet, durch den das erwärmte Wärmeübertragungsmedium durchströmbar ist. Der erste und der zweite Wärmetauscher können auch in Form eines Wärmetauschers mit einem in dem Wärmetauscher angeordneten Abzweiganschluss ausgebildet sein. Der zweite Wärmetauscher weist zwei voneinander getrennte Wärmekreise auf. Der zwei- te Wärmetauscher kann z.B. einen vergleichbaren Aufbau haben wie der erste Wärmetauscher. Der zweite Wärmetauscher ist hinsichtlich eines ersten Wärmekreises ebenfalls von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbar. Hierdurch wird dem Wärmeübertragungsmedium weitere Wärme entzogen. Ein zweiter Wärmekreis des zweite Wärmetauschers, an den die Wärme des Wärmeübertragungsmediums abgegeben wird, kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Der zweite Wärmekreis kann z.B. ein Wasserkreislauf sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird im zweiten Wärmekreis als Medium Luft verwendet, die aus der Umgebung angesaugt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der erste und/oder der zweite Wärmetauscher eine Abgasreinigungseinrichtung auf. Die Abgasreinigungseinrichtung ist in einem Abgasauslasspfad des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers angeordnet. Über die Abgasreinigungsein- richtung wird austretendes Abgas zumindest zum Teil gereinigt. Hierbei können insbesondere Stickoxide aus dem Abgas eliminiert werden. Vorteilhaft kann die Abgasreinigungseinrichtung einen Wasservernebier aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Abgasreini- gungseinrichtung einen Wasservernebier auf, der mit Wasser aus einem Wasserkreislauf der Einrichtung, insbesondere aus dem ersten und/oder dem zweiten Wärmetauscher, gespeist ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine gemeinsame elektronische Steuerungseinrichtung vorgesehen, die einen Verbrennungsmotor und einen Brenner, der zur Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer vorgesehen ist, steuert. Vorteilhaft wird damit eine gemeinsame Steuereinrichtung für die zu steuernden Elemente verwendet. Die Verwendung einer gemeinsamen Steuereinrichtung statt einzelner verteilter Steuereinrichtungen hat den Vorteil, dass eine übergreifende Steuerungs- und Regelungsmethodik für die gesamte Einrichtung realisiert werden kann. Damit erfolgt nicht nur eine Regelung einer jeweiligen Komponente auf einem bestmöglichen Betrieb, sondern eine integrierte Regelung der gesamten Einrichtung, so dass eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads und eine Verbesserung der Umweltverträglichkeit realisiert werden kann. Vorteilhaft kann hierbei an dem Heizge- rät eine Schnittstelle zur gemeinsamen Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, über die das Heizgerät gesteuert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steuert die Steuerungseinrichtung eine an einem Abgasauslass des ersten und/oder zweiten Wärme- tauschers angeordnete Lüftereinrichtung. Die Lüftereinrichtung dient am Ab- gasauslassanschluss zur Unterstützung des Absaugens der Abgase aus dem Wärmetauscher, die eine Mischung aus dem Wärmeübertragungsmedium, den Verbrennungsabgasen aus der Brennkammer und den eingeleiteten Abgasen des Verbrennungsmotors sind. Vorteilhaft wird die Lüftereinrichtung ebenfalls von der Steuerungseinrichtung gesteuert. Hierdurch kann auch die Steuerung der Lüftereinrichtung in die übergeordnete Steuerung und Regelung mit einbezogen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in einem Abgasaus- lasspfad des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers ein Abgassammler angeordnet, über den austretendes Abgas zumindest zum Teil gesammelt wird. Hierdurch kann die Umweltverträglichkeit der Einrichtung weiter verbessert werden. Insbesondere kann die Einrichtung auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen niedrige Abgasgrenzwerte gelten und eine anderweitige Abgas- ableitung nicht möglich oder sehr aufwendig ist. Vorteilhaft können in dem Abgassammler Teile des Abgases herausgefiltert werden, wie z.B. Stickoxide. Der Abgassammler kann auch zur vollständigen Sammlung sämtlicher Abgase eingerichtet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung versetzt der Abgassammler das gesammelte Abgas mit einem C0 ₂ -Bindemittel. Hierdurch kann auch Kohlendioxid aus dem Abgas eliminiert werden. Vorteilhaft wird ein Bindemittel verwendet, über das das Kohlendioxid in Festkörperform oder in Flüssigkeitsform gewandelt wird. Die entstehenden Festkörper bzw. Flüssigkeiten können dann in der Einrichtung zunächst in einem Auffangkasten gesammelt werden und in zeitlichen Abständen gesondert entsorgt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Ölbrenner zur Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer vorgesehen. Der Ölbrenner ist hinsichtlich seiner Verbrennungsleistung stufenlos oder feinstufig modulier- bar ausgebildet. Im Gegensatz zu bisherigen Ölbrennern, die entweder nur ein- oder ausschaltbar waren oder bestenfalls in zwei Stufen einstellbar waren, kann hierdurch die jeweilige Verbrennungsleistung an den Bedarf feinstufig o- der stufenlos angepasst werden, so dass nicht unnötig viel Verbrennungsleistung erzeugt werden muss. Hierdurch kann der Energieverbrauch des Heizge- räts reduziert werden und damit die Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Vorteilhaft weist der Ölbrenner hierzu ein von der Steuerungseinrichtung betätigbares Ventil auf, über das das Ölvolumen im Düsenstock des Brenners angepasst wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Ölbrenner auf eine untere Verbrennungsleistung von 8 KW modulierbar. Somit kann der Ölbrenner auf eine Verbrennungsleistung von 8 KW bei Bedarf heruntergeregelt werden und bei einem Bedarf an höherer Verbrennungsleistung auf seine Maximalleistung, z.B. 24 KW, hochgeregelt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der erste Wärme- tauscher und/oder der zweite Wärmetauscher Anschlüsse für einen Wasserkreislauf auf.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Wasserkühlkreislauf des Verbrennungsmotors mit einem Wasserkreislauf des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers verbunden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist aus dem ersten und/oder dem zweiten Wärmetauscher abgeführte Warmluft dem Brenner und/oder dem Verbrennungsmotor zugeführt. Hierdurch kann der Gesamtwirkungsgrad der Einrichtung weiter verbessert werden. Die Warmluft kann dem Verbrennungsmotor zur Bildung von verbrennbaren Gasen zugeführt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer Zeichnung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine Einrichtung mit einem Verbrennungsmotor 27, einem Stromgenerator 28 und mit einem Heizgerät 3. Der Stromgenerator 28 ist mit dem Verbrennungsmotor 27 mechanisch gekoppelt und von dem Verbrennungsmotor 27 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibbar. Das Heizgerät 1 weist in einem Gehäuse 3 eine Brennkammer 4, einen der Brennkammer 4 nachgeschalteten ersten Wärmetauscher 6 und einen dem ersten Wärmetauscher 6 nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher 10 auf. An der Brennkammer 4 ist ein Brenner 5 angeordnet, über den ein Brennstoff in der Brennkammer 4 verbrennbar ist.

Der erste Wärmetauscher 7 weist eine Mehrzahl von mit Rohren versehenen Platten 6 auf. Durch die Rohre wird Wasser geführt. Hierdurch wird ein Wasserkreislauf zur Übertragung der Wärme gebildet. Ein in der Brennkammer erwärmtes Wärmeübertragungsmedium, z.B. Luft, durchströmt einen zwischen den Platten 6 gebildeten Strömungspfad des ersten Wärmetauschers 6, 7 und des zweiten Wärmetauschers 10 gemäß der durch die Pfeile a) dargestellten Strömungsrichtung.

Der Verbrennungsmotor 27 weist einen Luftzufuhranschluss 29 und einen Ab- gasauslassanschluss 30 auf. Der Abgasauslassanschluss 30 ist über eine Ab- gasleitung 42, gegebenenfalls über einen Abzweig 34, mit einem Abgasein- lassanschluss 33 des ersten Wärmetauschers 6, 7 verbunden. Über die Abgas- leitung 42 werden die von dem Verbrennungsmotor 27 an dem Abgasauslass- anschluss 30 abgegebenen Abgase in den Abgaseinlassanschluss 33 und damit in den ersten Wärmetauscher 6, 7 eingeleitet. Über den Abzweig 34, der z.B. als Dreiwegehahn ausgebildet sein kann, können zusätzlich Abgase ganz oder teilweise über eine Leitung 35 abgeführt werden.

Die an dem Abgaseinlassanschluss 33 eingeleiteten Abgase vermischen sich mit dem durch den Wärmetauscher 6, 7 geführten Wärmeübertragungsmedium und erwärmen das Wärmeübertragungsmedium dabei zusätzlich. Die Wärme des Wärmeübertragungsmediums wird in dem ersten Wärmetauscher 6, 7 über den Wasserkreislauf an das daran befindliche Wasser abgegeben. Hierzu weist der erste Wärmetauscher 6, 7 in einer Wand 2 einen Wassereinlass 8 und einen Wasserauslass 9 auf. Das durch den Wärmetauscher 6, 7 geführte Wasser wird über einen Vierwegehahn 24 über eine Leitung 22 z.B. einem Heizkörper 21 zugeführt. Das aus dem Heizkörper 21 austretende Wasser wird über eine Leitung 23 in einen Wassereinlass 31 des Verbrennungsmotors 27 geführt. Hierbei umströmt das Wasser den Verbrennungsmotor zu dessen Kühlung. Das Wasser wird aus einem Wasserauslassanschluss 32 über eine Leitung 23 wieder dem Vierwegehahn 24 zugeführt. Von dem Vierwegehahn 24 wird das Wasser über eine Umwälzpumpe 25 wiederum in den Wassereinlass 8 eingespeist. Hierdurch ist ein Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors 27 in den Wasserkreislauf des Heizgeräts 1 eingebunden. Der zweite Wärmetauscher 10 ist vergleichbar wie der erste Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von mit Rohren versehenen Platten aufgebaut. Durch die Rohre des zweiten Wärmetauschers 10 wird Luft geführt. Die Luft wird an einem Lufteinlass 14 aus der Umgebung angesaugt und durch die Rohre des zweiten Wärmetauschers 10 geführt. Der durch die Platten des zweiten Wär- metauschers 10 gebildete Strömungspfad wird von dem vom ersten Wärmetauscher 6, 7 abgegebenen Wärmeübertragungsmedium durchströmt, wie durch die Pfeile dargestellt ist. Die durch die Rohre geführte Luft erwärmt sich hierbei durch die Wärme des Wärmeübertragungsmediums und wird an einem Luftauslass 12 aus dem zweiten Wärmetauscher 10 herausgeführt. In den Brenner 5 wird neben dem Brennstoff noch über eine Luftzufuhrleitung 43 die von dem Wärmetauscher 10 an dem Luftauslass 12 abgegebene, vorgewärmte Luft über einen Dreiwegehahn 26 zugeführt. Durch die Zuführung vorgewärmter Luft kann die Verbrennung weiter optimiert werden. Über den Dreiwegehahn 26 wird zusätzlich über eine Leitung 44 vorgewärmte Luft zu dem Lufteinlassanschluss 29 des Verbrennungsmotors 27 geführt. Hierdurch kann auch die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 27 optimiert werden.

Der zweite Wärmetauscher 10 weist eine Abgasauslassöffnung 17 auf. Die Abgase werden über einen Abgasauslasspfad 11 zunächst über eine Abgasreini- gungseinrichtung 40 und dann über eine Lüftereinrichtung 16 zu der Abgasauslassöffnung 17 geführt. Die Abgasreinigungseinrichtung 40 kann beispielsweise einen Wasservernebier aufweisen. Die Lüftereinrichtung 16 dient zur Absaugung von Abgasen aus dem zweiten Wärmetauscher 10. Die Lüftereinrichtung 16, der Brenner 5 sowie der Verbrennungsmotor 27 sind mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung 41 über in der Figur 1 der Ü- bersichtlichkeit halber nicht dargestellte elektrische Leitungen verbunden. Die elektronische Steuerungseinrichtung 41 steuert dabei die Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors 27, des Brenners 5 und der Lüftereinrichtung 16, z.B. de- ren Drehzahl oder Verbrennungsleistung.

In dem Abgasauslasspfad 11 ist zudem ein Abgassammler 19 angeordnet. In dem Abgassammler 19 wird ein Abgasstrom 18 geführt. In dem Abgassammler 19 kann z.B. anfallendes Kondensat gesammelt werden. Vorteilhaft wird in dem Abgassammler 19 das Abgas mit einem CO ₂ -Bindemittel versetzt. Die hierbei erzeugten Reaktionsprodukte werden in dem Abgassammler 19 zunächst ge- sammelt und können zu bestimmten Zeitpunkten als Abfall entsorgt werden, wie durch den Pfeil 20 angedeutet wird.