Pflanzenöl-betriebene Motoranordnung

Die Erfindung betrifft eine pflanzenöl-betriebene Motoranordnung, insbesondere für ein Blockheizkraftwerk, mit einem Verbrennungsmotor, in dem Pflanzenöl verbrannt wird, wobei dem Verbrennungsmotor über eine Kraftstoffzuführleitung Pflanzenöl aus einem Vorratstank zugeführt wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung für eine derartige Motoranordnung.

Pflanzenöl-betriebene Blockheizkraftwerke sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie weisen einen Verbrennungsmotor auf, der üblicherweise auch im Dieselverbrennungsbetrieb gefahren werden kann. Anstelle des Diesels wird in dem Verbrennungsmotor Pflanzenöl, beispielsweise Rapsöl, Sojaöl oder Palmöl verbrannt.

Die dabei entstehende mechanische Arbeit wird in einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Die Abwärme des Verbrennungsmotors kann über einen Wärmetauscher in ein Heizsystem abgetauscht werden.

Bei der Verwendung von diversen Pflanzenölen als Kraftstoff in Blockheizkraftwerken ist es notwendig die Pflanzenöle entsprechend ihren Eigenschaften so aufzubereiten, das sie bei unterschiedlichen Umgebungsgegebenheiten im Verbrennungsmotor verbrannt werden können. Insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen neigen die Pflanzenöle dazu, zu verdicken bzw. nur noch eine geringe Viskosität aufzuweisen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine pflanzenöl-betriebene Motoranordnung bzw. eine Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung für eine derartige Motoranordnung anzugeben, die es ermöglicht, die Pflanzenöle unabhängig von der Umgebungstemperatur fließfähig zu halten.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine pflanzenöl-betriebene Motoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Pflanzenöl- Aufbereitungseinrichtung nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstands sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.

Demgemäß ist in der Kraftstoffzuführleitung zwischen dem Vorratstank und dem Verbrennungsmotor ein Zwischentank angeordnet. In dem Zwischentank kann das dem Verbrennungsmotor zugeführte Pflanzenöl durch eine Heizeinrichtung erwärmt werden. Das erwärmte Pflanzenöl weist eine gegenüber nicht erwärmtem Pflanzenöl wesentlich verbesserte Fließfähigkeit auf und kann dem Verbrennungsmotor auf einfache Weise zur Verbrennung zugeführt werden. Insbesondere dann, wenn das Pflanzenöl auf Temperaturen bis zu 80 ⁰ C erwärmt wird, ergeben sich besonders gute Fließ- und Verbrennungseigenschaften des Pflanzenöls.

Zusätzlich kann in der Kraftstoffzuführleitung zwischen dem Vorratstank und dem Zwischentank eine am Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossene Wärmetauschereinheit angeordnet sein. Die Wärmetauschereinheit entzieht dem vom Verbrennungsmotor zugeführten durch diesen erwärmten Kühlwasser Wärme und überträgt diese auf das dem Verbrennungsmotor zur Verbrennung zugeführte Pflanzenöl. Wenn also der Motor im Betrieb ist und Wärme erzeugt, kann diese Wärme dazu verwendet werden, das Pflanzenöl zusätzlich vorzuwärmen und somit fließfähig zu erhalten.

Dabei kann die Abwärme des Motors dadurch genutzt werden, dass die Wärmetauschereinheit über eine Kühlwasser-Vorlaufleitung und eine Kühlwasser- Rücklaufleitung mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. über die Kühlwasser- Vorlaufleitung wird vom Verbrennungsmotor erwärmtes Kühlwasser dem Wärmetauscher zugeführt. über die Kühlwasser-Rücklaufleitung wird im Wärmetauscher abgekühltes Kühlwasser an den Verbrennungsmotor zurückgeführt.

Um die durch die Heizeinrichtung dem Pflanzenöl im Zwischentank zugeführte Wärme in Abhängigkeit von der aktuellen im Zusatztank herrschenden Pflanzenöl- Temperatur einzustellen, kann am Zwischentank ein mit der Heizeinrichtung verbundener Temperatursensor angeordnet sein.

Damit in dem Pflanzenöl eingeschlossenes Gas oder Luft freigesetzt und durch einen am Zwischentank angeordneten Gasauslass nach Außen abgeführt werden kann, kann im Zwischentank eine Entgasungseinrichtung angeordnet sein. Die Entgasungseinrichtung kann eine Ultraschall-Erzeugungseinrichtung bzw. einen Ultraschall-Schwingungskopf aufweisen, welche bzw. welcher das im Zwischentank befindliche Pflanzenöl in Schwingungen versetzt, so dass das in dem Pflanzenöl eingeschlossene Gas oder Luft freigesetzt wird.

Um die Heizeinrichtung in Abhängigkeit vom Füllstand des Pflanzenöls einzustellen bzw. zu regeln, kann an dem Zwischentank eine Füllstands-überwachungseinheit angeordnet sein. Eine Regelung lässt sich somit leicht realisieren.

Weiterhin kann an dem Zwischentank eine überlauf-Schutzeinrichtung angeordnet sein, die bei Erreichen eines vorgegebenen Maximalfüllstands des Pflanzenöls im Zwischentank die Kraftstoffzufuhr in den Zwischentank unterbricht. Somit wird ein überlaufen des Zwischentanks wirkungsvoll verhindert.

Damit das Pflanzenöl möglichst immer in Bewegung und somit flüssig bleibt, kann das Pflanzenöl in einem am Vorratstank angeschlossenen Leitungskreis mittels einer Pumpeinrichtung umgepumpt werden, wobei der Zwischentank mit dem Leitungskreis über eine Ventileinrichtung verbunden ist. Somit ist sichergestellt, dass eine Zufuhr von Pflanzenöl bis hin zum Zwischentank stets aufrechterhalten ist. Um den Fließzustand des Pflanzenöls im Leitungskreis zu überwachen, kann im Leitungskreis ein Strömungssensor angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Ventileinrichtung einen 3- Wege-Regel-Kugelhahn aufweisen, der über eine Betätigungseinrichtung den Kraft- stofffluss aus dem Leitungskreis in die mit dem Zwischentank verbundene Kraftstoffzuführleitung abzweigt. Die Betätigungseinrichtung kann dabei ein Motor sein, der elektrisch angesteuert werden kann.

In der Kraftstoffzuführleitung zwischen der Ventileinrichtung und dem Zwischentank kann eine Filtereinrichtung angeordnet sein, welche die nicht erwünschten festen Bestandteile aus dem Pflanzenöl herausfiltert.

Um zu verhindern, dass im Störungsfall bzw. bei Stromausfall der Zwischentank ü- berfüllt wird, kann in der Kraftstoffzuführleitung zwischen der Ventileinrichtung und dem Zwischentank ein elektrisch betätigbares Absperrventil bzw. ein Magnet- Absperrventil angeordnet sein, welches die Kraftstoffzuleitung im stromlosen Zustand absperrt.

Um dem Verbrennungsmotor erwärmtes Pflanzenöl zum Verbrennen zuzuführen, kann der Zwischentank mit dem Verbrennungsmotor über eine Kraftstoffzulaufleitung verbunden sein. Zusätzlich kann der Verbrennungsmotor mit dem Zwischentank über eine Kraftstoffrücklaufleitung verbunden sein, über welche für die Verbrennung im Verbrennungsmotor überschüssiges Pflanzenöl in den Zwischentank zurückgeleitet wird.

Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann eine Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung vorgesehen sein, die bei einer bestehenden Motoranordnung auf einfach Weise nachgerüstet oder mit einer herkömmlichen Motoranordnung leicht verbunden werden kann. Zu diesem Zweck weist die Pflanzenöl- Aufbereitungseinrichtung eine Mehrzahl von Anschlüssen auf. Die Pflanzenöl- Aufbereitungseinrichtung kann dabei alle Komponenten enthalten, die notwendig sind, das Pflanzenöl aufzubereiten bzw. fließfähig zu halten.

Demgemäß enthält die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung den Zwischentank, der in der Kraftstoffzuführleitung zwischen dem Vorratstank und dem Verbrennungsmotor angeordnet ist und in welchem das dem Verbrennungsmotor zugeführte Pflanzenöl durch eine Heizeinrichtung erwärmbar ist. Zum Zwecke des Anschließens an den Vorratstank weist die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung mindestens einen mit dem Vorratstank verbindbaren Kraftstoffanschluss auf.

Zusätzlich ist an der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung ein Kraftstoffzulauflei- tungsanschluss vorgesehen, der sich mit dem Verbrennungsmotor verbinden lässt und intern mit der Kraftstoffzulaufleitung verbunden ist. Weiterhin kann ein Kraftstoff- rücklaufleitungsanschluss vorgesehen sein, der mit dem Verbrennungsmotor verbunden werden kann und intern mit der Kraftstoffrücklaufleitung verbunden ist.

Um die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung mit dem am Vorratstank angeschlossenen Leitungskreis, in welchem das Pflanzenöl umgepumpt wird, zu verbinden, kann ein erster Kraftstoffanschluss mit dem einen Leitungszweig des Leitungskreises verbunden werden, wohingegen ein zweiter Kraftstoffanschluss mit dem anderen Leitungszweig des Leitungskreise verbunden werden kann.

Dabei wird der Leitungskreis innerhalb der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung durch einen den Kraftstoffanschluss mit dem Kraftstoffanschluss verbindenden Leitungszweig innerhalb der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung geschlossen. An diesem Leitungszweig ist die Ventileinrichtung angeordnet, die den Zwischentank mit dem Leitungskreis verbindet.

Weiterhin kann in der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung am Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors in der Kraftstoffzuführleitung zwischen dem Vorratstank und dem Zwischentank eine Wärmetauschereinheit angeordnet sein. Um die Wärmetauschereinheit mit dem Verbrennungsmotor zu verbinden, ist ein Kühlwasser- Vorlaufleitungsanschluss an der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung vorgesehen, der intern mit der Kühlwasservorlaufleitung der Wärmetauschereinheit verbunden ist. Weiterhin lässt sich der Verbrennungsmotor mit der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung über einen Kühlwasser-Rücklaufleitungsanschluss verbinden, der mit der Kühlwasserrücklaufleitung der Wärmetauschereinheit verbunden ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Ansicht eine pflanzenöl-betriebene Motoranordnung für ein Blockheizkraftwerk, an die eine mit einer gestrichelten Linie umgrenzte und mit dem Bezugszeichen 100 versehene Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung angeschlossen ist.

Die Motoranordnung weist einen Verbrennungsmotor 10 auf, der auch im Dieselverbrennungsbetrieb gefahren werden kann. Dem Verbrennungsmotor 10 werden über eine Kraftstoffzuführleitung 12 Pflanzenöle aus einem Vorratstanks 14 zugeführt.

Die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 dient zur Vorbereitung bzw. Aufbereitung des Kraftstoffes für die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor 10. Mit der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 können verschiedene Kraftstoffe wie z.B. auch Diesel aufbereitet werden. Anstelle des Diesels wird in dem gezeigten Verbrennungsmotor 10 jedoch Pflanzenöl, beispielsweise Rapsöl, Sojaöl oder Palmöl verbrannt. Die dabei entstehende mechanische Arbeit wird in einem (nicht gezeigten) mit dem Verbrennungsmotor 10 verbundenen Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Die Abwärme des Verbrennungsmotors 10 kann über einen (nicht gezeigten) Wärmetauscher in ein Heizsystem abgetauscht werden.

Der Kraftstoffzufluss zur Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 wird über eine Ringleitung bzw. einen Leitungskreis realisiert, damit das Pflanzenöl möglichst immer in Bewegung und somit flüssig bleibt. Das Pflanzenöl wird dazu durch einen am unteren linken Teil des großen Vorratstanks 14 angeschlossenen Leitungszweig 40 gepumpt. Zu diesem Zweck ist in dem Leitungszweig 40 eine elektrisch betriebene Pumpeinrichtung 15 angeordnet. In der Leitung 40 ist weiterhin ein manuell betätigbares Absperrventil 41 angeordnet, welches in nicht betätigtem Zustand vom Pflanzenöl durchströmt wird. An die Leitung 40 ist ein Strömungssensor 46 angeschlossen, der den Kraftstoffumlauf überwacht.

über einen ersten Kraftstoffanschluss 102 im Leitungszweig 40 strömt das Pflanzenöl in die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 ein. Das Pflanzenöl strömt weiter zu einem innerhalb der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 angeordneten 3- Wege-Regel-Kugelhahn 44, der über einen elektrisch ansteuerbaren Motor 48 betätigbar ist. Bei geeigneter Stellung des 3-Wege-Regel-Kugelhahns 44 strömt das Pflanzenöl nach rechts aus dem 3-Wege-Regel-Kugelhahn 44 heraus in den Leitungszweig 43 und weiter in den angeschlossenen Leitungszweig 42 hinein. über einen zweiten Kraftstoffanschluss 104 im Leitungszweig 42 strömt das Pflanzenöl aus der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 wieder heraus und durchströmt ein manuell betätigbares Absperrventil 45. Der Leitungszweig 42 ist am rechten unteren Teil des Vorratstanks 14 angeschlossen, so dass das Pflanzenöl an dieser Stelle wieder in den Vorratstank 14 einströmt.

Insgesamt wird das Pflanzenöl in der aus den Leitungszweigen 40, 43 und 42 gebildeten Leitungskreis in Richtung des Pfeils A umgepumpt.

Zwischen dem Leitungszweig 40 und dem Leitungszweig 42 ist ein weiteres Absperrventil 47 angeordnet. Die Absperrventile 41 und 45 in den Leitungszweigen 40 bzw. 42 sind im normalen Umpumpbetrieb geöffnet, um den 3-Wege-Regel- Kugelhahn 44 mit Pflanzenöl zu versorgen. Im Servicefall jedoch oder beim An- schluss der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 an den Vorratstank 14 können die beiden Absperrventile 41 und 45 manuell geschlossen werden. Gleichzeitig kann das die beiden Leitungszweige 40 und 42 verbindende Absperrventil 47 geöffnet werden, so dass ein Kraftstoffkreislauf über das geöffnete Absperrventil 47 aufrechterhalten werden kann.

Bei geeigneter Stellung zweigt der 3-Wege-Regel-Kugelhahn 44 den Kraftstofffluss aus dem durch die Leitungszweige 40, 43 und 42 gebildeten Leitungskreis in die Kraftstoffzuführleitung 12 ab.

In der Kraftstoffzuführleitung 12 ist eine Wärmetauschereinheit 26 mit einem Plattenwärmetauscher angeordnet. Der 3-Wege-Regel-Kugelhahn 44 leitet die erforderliche Menge des Pflanzenöls durch die Wärmetauschereinheit 26 zur Aufbereitung weiter. Der überschüssige Kraftstoffanteil wird wieder der den Leitungszweigen 43 und 42 zugeführt.

Die Wärmetauschereinheit 26 ist am Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors 10 angeschlossen und entzieht dem vom Verbrennungsmotor 10 zugeführten Kühlwasser Wärme und überträgt diese auf das dem Verbrennungsmotor 10 zur Verbrennung zugeführte Pflanzenöl. Der Plattenwärmetauscher heizt den Kraftstoff auf ca. 80 ⁰ C auf. Dabei ist die Wärmetauschereinheit 26 einerseits über eine Kühlwasser-Vorlaufleitung 22 und andererseits eine Kühlwasser-Rücklaufleitung 24 mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden. über die Kühlwasser-Vorlaufleitung 22 wird vom Verbrennungsmotor 10 erwärmtes Kühlwasser dem Wärmetauscher zugeführt wohingegen über die Kühlwasser-Rücklaufleitung 24 im Wärmetauscher abgekühltes Kühlwasser an den Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt wird.

Die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 weist einen mit dem Verbrennungsmotor 10 verbindbaren Kühlwasser- Vorlaufleitungsanschluss 110 auf, der mit der Kühlwasservorlaufleitung 22 der Wärmetauschereinheit 26 verbunden ist. Weiterhin weist die Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 einen mit dem Verbrennungsmotor 10 verbindbaren Kühlwasser-Rücklaufleitungsanschluss 112 auf, der mit der Kühlwasserrücklaufleitung 24 der Wärmetauschereinheit 26 verbunden ist. über den Kühl- wasser-Vorlaufleitungsanschluss 110 und den Kühlwasser-Rücklaufleitungs- anschluss 112 ist der Kühlkreis des Verbrennungsmotors mit der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 verbunden.

Das an der Wärmetauschereinheit 26 erwärmte Pflanzenöl strömt weiter durch eine Filtereinrichtung 50, welche die nicht erwünschten festen Bestandteile aus dem Pflanzenöl herausfiltert. Für den Wechsel der Filterpatrone ist anströmseitig an der Filtereinrichtung 50 ein Absperrventil 49 in der Kraftstoffzuführleitung 12 angeordnet.

Nach der Filtereinrichtung 50 durchströmt das Pflanzenöl ein Magnet-Absperrventil 52, welches zur Absperrung des Kraftstoffweges im Störungsfall dient. Das stromlos geschlossene Magnetventil 52 soll bei einem Stromausfall die Kraftstoffzufuhr sofort unterbrechen.

Der in der Wärmetauschereinheit 26 vorgewärmte Kraftstoff strömt anschließend in einen Zwischentank 16, der als Heizbecken ausgebildet ist. Am Bodenbereich des Zwischentanks 16 ist eine Heizschlange 20 angeordftet, welche durch eine damit verbundene Heizungsregelung 18 geregelt wird. Um ein überhitzen zu verhindern, ist am Zwischentank 16 ein (nicht gezeigter) Sicherheitstemperaturbegrenzer installiert. Am Zwischentank 16 ist ein mit der Heizungsregelung 18 verbundener Temperatursensor 30 angeordnet, so dass die durch die Heizungsregelung 18 dem Pflanzenöl im Zwischentank 16 zugeführte Wärme in Abhängigkeit von der am Temperatursensor 30 ermittelten Temperatur regelbar ist.

Im Zwischentank 16 ist eine Ultraschall-Erzeugungseinrichtung 34 mit einem Ultraschall-Schwingkopf angeordnet, welcher das im Zwischentank 16 befindliche Pflanzenöl in Schwingungen versetzt. Somit wird in dem Pflanzenöl eingeschlossenes Gas oder Luft freigesetzt und durch einen am Zwischentank 16 angeordneten Ga- sauslass 32 nach Außen abgeführt.

Damit dieses über den Gasauslass 32 offene System nicht zum überlaufen kommt, wird das erforderliche Kraftstoffniveau durch eine Füllstands-überwachungseinheit

36 geregelt, die am Zwischentank 16 angeordnet ist und in Abhängigkeit vom Füllstand des Pflanzenöls im Zwischentank 16 mit der damit verbundenen Heizungsregelung 18 die Energiezufuhr zur Heizschlange 20 regelt.

Sollte diese Füllstands-überwachungseinheit 36 einmal versagen, ist eine zusätzliche überlauf-Schutzeinrichtung 38 für das gesamten System am Zwischentank 16 angeordnet, die bei Erreichen eines vorgegebenen Maximalfüllstands des Pflanzenöls im Zwischentank 16 die Kraftstoffzufuhr unterbricht und ein Austreten von heißem Pflanzenöl verhindert.

Der Zwischentank 16 ist mit dem Verbrennungsmotor 10 über eine Kraftstoffzulaufleitung 54 verbunden, über welche erwärmtes Pflanzenöl dem Verbrennungsmotor 10 zum Verbrennen zugeführt wird. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit dem Zwischentank 16 über eine Kraftstoffrücklaufleitung 56 verbunden, über welche für die Verbrennung im Verbrennungsmotor überschüssiges Pflanzenöl in den Zwischentank 16 zurückgeleitet wird.

An der Kraftstoffzulaufleitung 54 und an der Kraftstoffrücklaufleitung 56 zweigt jeweils eine Entleerungs- bzw. Befüllungsleitung 55 bzw. 57 ab, die aus der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 herausgeführt sind. Weiterhin ist in der Kraftstoffzulaufleitung 54 und in der Kraftstoffrücklaufleitung 56 jeweils ein Absperrventil 60 bzw. 62 für den Servicefall angeordnet.

Die Kraftstoffzulaufleitung 54 und die Kraftstoffrücklaufleitung 56 des Verbrennungsmotors 10 ist mit der Pflanzenöl-Aufbereitungseinrichtung 100 über einen Kraftstoff- zulaufleitungsanschluss 106 bzw. einen Kraftstoffrücklaufleitungsanschluss 108 angeschlossen.