Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, Blockheizkraftwerke mit Gasturbinen- oder Verbrennungs-Kolbenmotoren-Antrieb auszurüsten, deren Abwärme in Wärme- tauschem ausgekoppelt und für Heizzwecke genutzt wird. Soweit diese Abwärme im Abgas anfällt, kann sie in einem Abhitzekessel zur Erzeugung von Heizmedien mit Druck und Temperatur nach betrieblicher Erfordernis genutzt werden. Die Niedertem- peraturkreisläufe für die Ladeluft, 01-und Zylinderkühlung industrieUer Verbrennungs- Kolbenmotoren wird im NormaHall auf 70 bis 80°C, bei Spezialausfuhrungen auf 110 bis 125°C Zulauftemperatur des Kühlwassers und seine Erwärmung um 5 bis 10°C ausgelegt Dieser Niedertemperaturanteil, der abhängig vom Brennstoff und der Kon- struktion des Motors 35 bis 50 % der Abwärme ausmacht, stellt in vielen Fällen den begrenzenden Faktor für die Anwendung von Motor-BHKWs in prozeßtechnischen Industrieanlagen dar, weil er betrieblich nicht in ausreichendem Umfang nutzbar ist.

Obwohl Kolbenmotoren einen besseren mechanisch/elektrischen Wirkungsgrad, ein günstigeres Teillastverhalten und wegen des geringeren Luftüberschusses einen nied- rigeren Schomsteinverfust des Abhitzekessels aufweisen, werden industrielle KraftNVärme-Kopplungs-Anlagen überwiegend mit Gasturbinen ausgerüstet, deren gesamte, mit hoher Temperatur im Abgas anfallende, nutzbare Abwärme universel zur Beheizung der betrieblichen Prozesse eingesetzt werden kann. Da Gasturbinen erst in größeren Einheiten ein gutes Preis/Leistungs Verhäitnjs aufweisen und wegen ihres schlechten Teillastverhaltens auf eine hohe, gleichmäßige Wärmeabnahme angewie- sen sind, ist ihr Einsatz in kleinen und mittleren Betrieben meist nicht wirtschaftlich, so daß deren ökonomisch und ökologisch durchaus interessante Kraff/Warme-Kopplungs- Potentale vielfach noch unausgeschöpft sind. In wenigen, ökologisch besonders en- gagierten Industriebetrieben trotz der aufgezeigten Problematik eingesetzte Motor-

BHKWs sind überwiegend so geschaltet, daß die Niedertemperaturabwärme soweit möglich zur Beheizung oder unter Zwischenschaltung von Absorptions- Kaltwassersätzen auch zur Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden genutzt wird, wo man mit Heizwasser von 70/90 oder max. 110/125 °C auskommt. Der technische und organisatorische Aufwand für die direkte Nutzung der Niedertemperaturabwärme als zweitem Heizmedium in Teilbereichen von Gewerbe-und Industriebetrieben ist allerdings so erheblich und die Synchronisation von Anfall und Verbrauch der unter- schiedlichen Wärmeenergieträger ist so schwierig, daß trotz sorgfältiger Betriebsfüh- rung relativ häufig im übergeordneten Interesse der Deckung des Dampf-und Strom- bedarfes die"Notkühlung"des Motors eingeschaltet und auf die Nutzung der"gerin- gerwertigen"Niedertemperatur-Abwärme verzichtet werden muß.

Angesichts der aufgezeigten Problematik gibt es einerseits von Seiten einiger Moto- renhersteller Anstrengungen, die zulässigen Kühlwasserzulauftemperaturen in den Bereich von 110 bis 125°C zu treiben, andererseits haben bereits eine Vielzahl von Autoren über Forschungen und Versuche berichtet, die Niedertemperaturabwärme mit Hilfe von Hochtemperaturwärmepumpen mit mechanischer Brüdenverdichtung oder Wärmetransformatoren nach dem Prinzip der Absorptionstechnik auf ein betrieblich nutzbares Temperatumiveau zu heben. Über Einzelanwendungen ist man dabei jedoch nur auf wenigen Gebieten hinausgekommen, deren gemeinsamer Nenner ein relativ geringer Temperaturhub ist, weil für Druckdifferenzen von max. 1 bar einfache, nicht allzu kostspielige, 61freine Verdichter verfügbar sind und das Verhältnis zwischen reku- perierter und zum Antrieb erforderlicher Energie (Heizzahl, Wirkungsgrad) wirtschaft- lich attraktiv ist.

Solche Anwendungen finden sich z. B. an den"Würzepfannen"in Brauereien, wo große Mengen Wasser bei oder wenig über Umgebungsdruck verdampft, mit meist mechani- schen, gelegentlich auch Dampfstraht-Brüdenverdichtem um ca. 0.5 bar verdichtet und in sehr groß dimensionierten Wärmeaustauschem sofort und auf kürzestem Wege zum Beheizen eben der Würzepfanne wiederverwendet werden, aus der sie Augenblicke zuvor ausgedampft wurden. Darüber berichtet W. STRUCK in seinem Artikel"Möglich- keiten und Grenzen von Hochtemperatur-Wärmepumpen", erschienen in Band Vil der Reihe"Wärmepumpentechnologie"im Vulkan Verlag, Essen ; schon 1981 und beziffert darin den Primärenergienutzungsgrad der von einem Gasmotor angetriebenen Anlage mit dem beträchtlichen Faktor 5,3. Der gleichen Quelle ist auch die Beschreibung eines BHKWs mit Rückkühlung des Motorkühiwassers auf 75°C durch Teilverdampfung beim

Sättigungsdruck von 0,4 bar und Brüdenverdichtung auf 2,7 bar entsprechend einer Heizmediums- (in diesem Fall Dampf-) Temperatur von 130°C zu entnehmen. Solche Antagen, die dem Gegenstand der vorliegenden Schutzrechts-Anmeldung schon recht nahekommen, haben sich allerdings in der Praxis nicht durchgesetzt, weil die Relation der einzusetzenden mechanischen zur rekuperierbaren thermischen Energie weder ökologisch noch ökonomisch stimmt und der einerseits-und das auch noch mit Unter- druck-zum Motorkühlkreislauf und andererseits zu den Heizkreisläufen des Betriebes offene Wasser/Dampf-Bereich der Anlagen gravierende Abdichtungs-und Wartungs- Probleme aufwirft.

Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetransformations-Verfahren und Vonrichtungen zum Aus- führen des Verfahrens nach dem Prinzip der Hochtemperatur Wärmepumpe mit me- chanischer Brüdenverdichtung zu schaffen, mittels derer technisch zuverlässig und mit einer wirtschaftlichen Relation des Investitions-und Betriebs-Aufwandes zum Ertrag aus der rekuperierten Energie bei Kolbenmotor-BHKW s die Abwänme nicht nur des heißen Abgases, sondem auch eines möglichst großen Anteils der Niedertemperatur- Abwärme aus den Kühtkreislaufen für Zylinder, Schmieret und Ladeluft/Brennstoff- Gemisch bis zu einer projektweise zu fixierenden Temperaturuntergrenze durch Wandlung in das betriebsiibliche Heizmedium zur Wärmeversorgung gewerblicher und industrieller Anlagen genutzt werden kann.

Der Forderung technischer Zuverlässigkeit dienen insbesondere die Verfahren und Vorrichtungen nach den Lehren der Ansprüche 3,5,6 und 7, indem mit hohen Be- triebs-und Wartungs-und Instandhaltungs-Risiken behaftete Auslegungen wie z. B.

Unterdruck im Niederdruckbereich des Wärmetransformators oder direkte Einspeisung des Motorkühlwassers in das betriebliche Heizmedium vermieden werden.

Eine wirtschaftliche Relation des Investitions-und Betriebs-Aufwandes zu Ausbeute und Ertrag des Wärmetransformators wird erfindungsgemäß dadurch angestrebt, daß nach den Lehren der Ansprüche 3 und 7 bis 13 die im Niedertemperaturbereich an- fallende Abwärme so aufbereitet und selektiert wird, daß ihre Rekuperation im größtmöglichen Umfang (Wärmemenge) und der bestmöglichen Qualität (Tempe- ratur) erfolgen kann, mit dem Ziel, ohne oder unter möglichst geringer Inanspruch- nahme des mechanischlelektrischen einen optimalen thermischen Wirkungsgrad zu erreichen,

nach der Lehre des Anspruchs 12 durch weitestgehende Verwertung der Nieder- temperaturabwärme im unaufbereiteten Zustand ihres Anfalls der Energiebedarf der Brüdenverdichtung minimiert wird, und nach den Lehren der Ansprüche 1 und 14 bis 23 die Energie zur Wärmetransforma- tion der Niedertemperaturabwärme im verfügbaren Umfang aus der höhewertigen Motorabwärme bereitgestellt bzw. zumindest die Inanspruchnahme hochwertiger mechanischer und/oder elektrischer Energie zur Brüdenverdichtung und die damit verbundene Reduzierung des mechanisch/elektrischen BHKW-Wirkungsgrades vermieden wird.

Es ergeben sich folgende wesentlichen Vorteile der Erfindung : 1. Verbrennungkolbenmotor-BHKW's mit ihrem den Gasturbinen-BHKW s überlege- nen mechanisch/elektrischen Wirkungsgrad und ihrem günstigeren Teillastverhalten können bei Installation des vorgeschlagenen Wärmetransformators auch in solchen Betrieben unter permanenter und vollständiger Abwärmenutzung zur Kraft/Warme- Kopplung eingesetzt werden, die keinen ausreichenden (d. h. ihrem Strom-und Dampf-, bzw. allgemein ausgedrückt, ihrem Hochtemperatur-Heizmediums-Ver- brauch äquivalenten und zeitsynchronen) Bedarf für die in den BHKW- Kühfkreisfäufen anfallende Niedertemperatur-Abwärme aufweisen.

2. Der nach den vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen ganz oder teilweise durch Nutzung der Exergie des Motorabgases erfolgende Antrieb des Wärmetrans- formators führt dazu, daß der mechanisch/elektrische Wirkungsgrad einer Kraft/ Wänmekopplungs-Anlage gar nicht oder erheblich weniger geschmälert wird, als beim Einsatz elektrisch oder mechanisch angetriebener Hochtemperatur- Wänmepumpen nach bekannten Verfahren und Vorrichtungen.

3. Die durch Maßnahmen zur Vermeidung von Unterdruck in der Hochtemperatur- Wärmepumpe und dem betrieblichen Heizsystem bewirkte Absicherung gegen das Eindringen von Luft-und/oder ÖI durch Leckagen im Niedertemperaturbereich von den Motorkühfkreisfäufen bis zum Brüdenverdichter des Wärmetransformators be- heben die gravierenden Verfahrens-und konstruktionsbedingten Zuvenässigkeits- mängel bisher bekannter Hochtemperatur-Wärmepumpen-BHKWs nach dem Stand der Technik.

4. Die technischen Vorteile des Verbrennungs-Kolbenmotor-BHKW's mit dem vorge- schlagenen Wärmetransformator machen den Einsatz der ökologisch erstrebens- werten Kraft/Wärme-Kopplung in einer Vielzahl vor allem kleiner und mittelgroßer gewerblicher und industrieller Betriebe ökonomisch sinnvoll, deren Heizwärmebe- darf für Gasturbinen-BHKW's zu niedrig und/oder zu ungleichförmig ist und die ne- ben ihrem Dampfbedarf für die Niedertemperatur-Abwärme üblicher Kolbenmotor- BHKW's keine ausreichende und zeitsynchrone Verwendung haben.

Die Erfindung betrifft 1. ein Verfahren der Niedertemperatur-Wärme-Rekuperation, das es ermögficht, aus einem möglichst großen Anteil der BHKW-Motorkühikreisläufe die Abwärme bei einer so weit über dem Siedepunkt des Wärmetransformator-Arbeitsmittels liegen- den Temperatur zu gewinnen, daß dabei an keiner Stelle der Brüdenverdampfung und-verdichtung der Umgebungsdruck unterschritten wird. Damit ist sichergesteiit, daß Leckagen durch Medienaustritt ins Freie angezeigt und Einsaugen von Luft oder Öl in das Arbeitsmittel unterbunden werden und daß ein für den Kraftbedarf der Brüdenverdichtung vorteilhafter, hoher Ansaugdruck und ein für den Bauaufwand des Verdichters günstiges, geringes Ansaugvolumen des Arbeitsmitteldampfes er- reicht sowie die aufwendige Abdichtung gegen Unterdruck vermieden werden.

2. ein Verfahren der Brudenverdichtung und der Heizwännebereitstellung im Hochdruckbereich des Wärmetransformators nach den Kriterien des Absatzes 1 dergestalt, daß die zur Brüdenverdichtung vom Sättigungsdruck der Niedertemperaturwärme-Rekuperation auf den Sättigungsdruck des betrieblichen Heizmediums erforderiiche Energie soweit als möglich aus dem Wärmeinhalt des Motorabgases gewonnen wird, indem dieser in überhitzten Hochdruck-Treibdampf gewandelt und unter Abgabe der Verdichtungsarbeit auf den Druck des betriebli- chen Heizmediums expandiert oder zum Antrieb einer Heißluft-Kraftmaschine nach dem Stirling Prinzip genutzt wird.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen Abb. 1 in schematischer Darstellung ein Motor-BHWK in Verbindung mit einer ersten Ausführungsform eines Wärmetransformators gemäß der Erfindung ;

Abb. 2.1 in schematischer Darstellung ein Motor-BHWK mit einem durch einen Dampfstrahiverdichter gegenüber Abb. 1 abgewandelten Wärmetransfor- mator ; Abb. 2.2 in schematischer Darstellung ein Motor-BHWK gemäß Abb. 1 mit einem Wärmetransformator, dessen mechanischer Verdichter durch eine Dampf- expansions-Kraftmaschine mit zusätzlichem Verbrennungsmotor angetrie- ben wird ; Abb. 2.3 in schematischer Darstellung ein Motor-BHWK gemäß Abb. 1 mit einem Wärmetransformator, dessen mechanischer Verdichter von einem Elektro- motor angetrieben wird, der mit Strom aus einem Generator der Dampfex- pansions-Kraftmaschine versorgt wird ; Abb. 3.1 in schematischer Darstellung ein Motor-BHWK in Verbindung mit einem dahingehend abgewandelten Wärmetransformator, daß dieser mit einem niedrigsiedenden Wärnepumpen-Arbeitsmittel beschickt wird ; Abb. 3.2 in schematischer Darstellung eine gegenüber Abb. 3.1 im Bereich eines Heizwarme-Mitteldruckkessels abgewandelte Ausführungsform des Wär- metransformators ; Abb. 4.1 in schematischer Darstellung ein Motor-BHWK in Verbindung mit einem Wärmetransformator, der einen Stirlingmotor zum Antrieb des Brüdenver- dichters aufweist und Abb. 4.2 ebenfalls in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß Abb. 4.1, bei der zum Betrieb des Wärmetransformators ein niedrigsiedendes Wär- mepumpen-Arbeitsmittel eingesetzt wird.

Die Vorrichtungen gliedem sich nach Abb. 1 in einen BHKW-Motor 1.0 mit seinen Ne- benaggregaten 1.1 bis 1.8, einen Niederdruckkessel und Brüdenverdampfer 2.0 bis 2.5, einen Abhitze-Treibdampf-Hochdruckkessel 3.0 bis 3.4, einen Brüdenverdichter mit Antrieb 4.0 bis 4.2 und einen Mitteldruckheizkessel 5.0 bis 5.2.

Bevor darauf im Detail eingegangen wird, folgen anhand Abb. 1 zunächst Kurzbe- schreibungen der Systeme nach dem Stande der Technik zur Verdeutlichung der Neuerungen und Verbesserungen nach den Lehren der Erfindung.

Ein Standard-BHKW der für Gebäudeheizung gebräuchlichen Bauart besteht nur aus Baugruppen ähnlich 1 und 2 der Abb 1, so geschaltet, daß das Abgas des BHKW- Motors 1.0 hinter einem Abgasturbolader 1.2/1.3 durch einen Abhitzekessel 2.0 geführt

ist, in dem das vorgewärmte Kühlwasser aus den bei solchen Anlagen meist hinterein- andergeschalteten Niedertemperatur-Motorkühikreisläufen 1.4 und 1.5 (Hoch-und Niedertemperaturstufe des Kühlers für das vom Abgasturbolader aufgeladene Brennstoff/Luft-Gemisch (A) ; Motorölkühlung 1.6 und Zylinderkühlung 1.7) auf die Vorlauftemperatur des oder der Heizkreise/s 2.4 nachgeheizt wird. Da die Temperatu- ren im allgemeinen 80°C nicht übersteigen, werden in solchen BHKWs hohe Abwär- menutzungsgrade erreicht, die nur wegen des bei sogenannten Mager {turbo) motoren erforderlichen Luftüberschusses von 1.5 bis 2.0 unter dem thermischen Wirkungsgrad guter Heizkessel liegen. Dieser Nachteil kann beim Einsatz von"lambda 1"-Motoren mit geregeltem Kataysator vermieden werden, die aber wegen der geringeren spezifi- schen Leistung teurer sind als Magermotoren mit Abgasturbolader. Hier sind Ökonomie und Ökologie noch in einem wegen der derzeitigen Strom-JWärmepreisrelation leider meist zu ungunsten der letzteren entschiedenen Widerstreit.

Übliche Motor-BHKWs für industrielle oder gewerbliche Anwendung bestehen aus Baugruppen ähnlich 1,2, und 5 der Abb. 1, so geschaltet, daß der auf einen Über- druck entsprechend der Temperatur des betrieblichen Heizmediums ausgelegte Heiz- kessel 5.0 allein vom Abgas beheizt und die Nutzung des in einem Behälter entspre- chend Kessel 2.0 gesammelten Kühlwassers entweder separat geregelt oder die Ab- wärme mangels Bedarf für Heizwärme dieser Temperaturstufe zwecks Kühlwasser- rückkühlung"über Dach gefahren"wird. Bei 35 bis 40% elektrischem Motorwirkungs- grad und jeweils ca. 20% Nutzwärmeanfall im Abgas und im Kühlwasser liegt bei Ver- zicht auf die Niedertemperaturabwärme der Gesamtnutzungsgrad bei mageren 60% der eingesetzten Brennstoffenergie, also hart an der Grenze der steuerlichen Aner- kennung als Kraft/Wärme-Kopplungsanlage. <BR> <BR> <P>BHKW-Anlagen mit Hochtemperaturwärmepumpe zur Rückgewinnung der Kühl- wasserwärme durch Brüdenverdichtung nach dem Stand der Technik erreichen zwar einen besseren thermischen Nutzungsgrad nahe 40%, müssen aber für den An- trieb des Verdichters soviel Antriebsenergie aufwenden, daß z. B. im Falle der von STRUCK beschriebenen Anordnung der elektrische Wirkungsgrad des BHKWs um ca.

5 auf 30 bis 35% sinkt. Die Schaltung nach STRUCK stellt sich bezüglich des BHKW- Motors 1.0 und seiner Kühtkreisiäufe 1.4 bis 1.7 sowie des Niederdruckkessels 2.0, des Brüdenverdichters 4.0 mit seinem Antriebsmotor 4.2 und auch des Mitteldruck- Heizkessels 5.0 bis 5.2 ähnlich Abb. 1 dar, doch enffallen der Treibdampf Hochdruck- kessel 3.0 bis 3.3 und die Dampfkraftmaschine 4.1 ; und das Abgas wird durch den

Heizkessel 5.0 geführt. Ein weiterer wichtiger Unterschied zum erfindungsgemäßen System besteht darin, daß es wegen des fehlenden Wärmetauschers 1.7 und durch den Unterdruck von 0,4 bar im Niederdruckkessel 2.0 und dem direkt angeschlossenen Motor bei Leckagen zum Einsaugen von Öl und Luft in die Hochtemperatur- Wärmepumpe und den betrieblichen Heizkreislauf kommt, was zu erheblichen Vorbe- halten gegen den Einsatz solcher Systeme Anlaß gibt.

BHKW-Anlagen mit Gasturbinenantrieb bestehen wegen des Fehlens verwertbarer Niedertemperaturabwärme nur aus der Antriebsmaschine ähnlich den Baugruppen 1.0, 1.1,1.2 und 1.3 und einem Abhitzekessel ähnlich den Baugruppen 3, ausgelegt auf den betriebserforderlichen Druck des Heizmediums und ausgerüstet mit Heizkreisen gemäß 5.1 und/oder 5.2. Der mechanischlelektrische Wirkungsgrad moderner Indu- striegasturbinen steigt von 0,6 bis 3 MW von 20 auf 30% und erreicht bei 10 MW knapp 35%. Der thermische Wirkungsgrad und der einfache Anlagenaufbau sind zwar begün- stigt durch das Angebot nahezu der gesamten Abwärme im Abgas, aber andererseits gemindert durch einen hohen Schomsteinverlust (bei (C)) in der Größenordnung von 20% aufgrund des hohen, derzeit noch materialtechnisch und konstruktiv bedingten Luftüberschusses von X = 4. Durch Nachheizen im Abgasstrom gemäß Baugruppe 3.2 faßt sich zwar der Schomsteinverlust bis auf ein Drittel der angegebenen 20% mindern, doch geht dabei die Stromkennzahl der Anlage im gleichen Maße zurück. Dieses Mittel ist also nur in dem Umfang sinnvoll, in dem der Wärmebedarf des Betriebes temporär das Abwärmeangebot der Gasturbine überschreitet. Tritt dieser Zustand dauernd auf, ist das Gasturbinen-BHKW so knapp ausgelegt, daß das ökologische Abwärmenut- zungs-oder Kraft/Wärme-Kopplungs-Potential des Betriebes nicht ausgeschöpft ist. <BR> <BR> <P>Das erfindungsgemäße Motor-BHKW mit Wärmetransformator {Abb. 1) ist im Ge- gensatz zu den beschriebenen BHKWs nach dem Stand der Technik mit allen Haupt- komponenten 1.0 bis 5.0, aber nicht notwendigerweise immer mit deren sämtlichen Unterbaugruppen ausgerüstet. Soweit es Altemativen zu dem in Abb. 1 dargestellten Ausrüstungsstand gibt, werden diese im Kontext mit dem dargestellten Ausrüstungs- stand beschrieben und, soweit verbal nicht eindeutig beschreibbar, mit weiteren Abbil- dungen belegt. Zur Vermeidung von Irritationen sei klargestellt, daß mit dem Begriff "Wärmetransformator"nicht eine bezifferbare Baugruppe der Anlage, sondern deren Gesamtheit mit Ausnahme der Baugruppe 1 bezeichnet wird. Der Begriff wurde dem der Hochtemperatur-Wärmepumpe vorgezogen, um die Integration eines gegenüber

dieser erweiterten Kreises von Baugruppen zu der umfassenden Funktion des Wärme- transformators zu kennzeichnen.

Baugruppe 1 : Der Verbrennungs-Kolbenmotor 1.0 mit einem angekoppelten Elektrogenerator 1.1. Dargestellt ist ein Magerturbomotor mit Abgasturbine 1.2 und einem gekoppelten Brennstoff-Luftgemisch-Turboverdichter 1.3, wie sie bei einem Gasmotor ausgeführt werden. Bei Motoren mit Flüssigbrennstoff-Einspritzung würde die Ladeturbine nur Luft verdichten, bei Saugmotoren enffällt der Abgas-Turbolader inclusive der Ladeluft-oder Gemischkühler 1.4 und 1.5. Die Aufteilung der Kühler 1.4 und 1.5 erfolgt nach An- spruch 8 so, daß im Ladeluft-oder Gemischkühler 1.4 die Kompressionswärme bis auf eine unvermeidliche Temperaturdifferenz an das von einer Pumpe 1.8 umgewälzte Kühlwasser aus einem Niederdruckkessel 2.0 übertragen wird. Der Niedertemperatur- Kühler 1.5 ist an eine externe Kühlwasser-Versorgung angeschlossen.

Bei der vorteilhaften Ausführung nach Anspruch 9 wird unter Inkaufnahme des damit verbundenen Leistungsverlustes des Motors 1.0 auf den Kühter 1.5 verzichtet, um die dort abgeführte Wärmemenge in der Größenordnung von 5% des Brennstoff- Wärmedurchsatzes nicht"wegzukühien", sondern in die Abgasnutzung einzubeziehen.

Daraus resultiert im Kontext des Anspruchs 1 der weitere Vorteil, daß die zur Brüden- verdichtung verfügbare Abgasenergie zunimmt. Noch begünstigter werden beide Ef- fekte, wenn ein"lambda 1"-Saugmotor eingesetzt wird, bei dem auch die Wärmemen- ge aus Kühler 1.4 vom Niederdruckkessel 2.0 ins Abgas verlagert und damit zugleich der Leistungsbedarf des Brüdenverdichters 4.0 gemindert und das Angebot an An- triebsleistung erhöht wird. Darüber hinaus werden durch den Verzicht auf die Mo- toraufladung der Luftüberschuß und damit der davon direkt abhängige Schorn- steinverlust proportional gemindert und der thermische Wirkungsgrad der Anlage er- höht.

Der Wärmetauscher 1.7 ist für den Fall vorgesehen, daß eine Medientrennung zwi- schen dem Arbeitsmittel des Wärmetransformators und dem Zylinderkühikreislauf des Motors 1.0, z. B. aus Sicherheitserwägungen bezüglich der in Nahrungsmittelbetrieben besonders kritisch betrachteten Kontaminationsgefahr des Heizmediums mit Motoröl ausdrücklich gewünscht oder technisch erforderlich wird. Das könnte eintreten, wenn Anspruch 7 nicht verwirklicht werden kann, nach dem die Kühiwassertemperatur des Motors 1.0 auf 115 bis 125 °C angehoben wird, um mit dem Wärmetransformator-

Arbeitsmittel Wasser zu gewährleisten, daß sich die Anlage im gesamten Niedertempe- raturbereich über Umgebungsdruck befindet, und das nach Anspruch 4 in diesem Fall zu verwendende alternative Arbeitsmittel mit einem niedrigeren Siedepunkt aus chemi- schen oder gefahrentechnischen Gründen wie z. B. Brennbarkeit oder Korrosivität für den Einsatz als Motorkühimittel nicht in Frage kommt.

In einem Ölkühter 1.6 fallen wie im Kühler 1.5 etwa 5% der Abwärme an. Wenn ge- mäß Anspruch 7 die Kühlwasserzulauftemperatur auf 115 bis 125 °C angehoben wird, muß gemma3 Anspruch 9 der Motor 1.0 so weiterentwickelt werden, daß er bei Verwen- dung eines entsprechenden Schmieröles mit einer Oltemperatur von ca. 120 bis 130 °C ohne Abstriche an Leistung und Lebensdauer arbeiten kann. Es gibt heute bereits Motoren, die entweder die Heißkühlung nach Anspruch 7 oder nach Anspruch 9 den Betrieb mit Oltemperaturen von 120 bis 130°C zulassen. Die Kombination beider Ei- genschaften kann daher nur eine Frage des Entwicklungsaufwandes bzw. der bislang in dieser Form noch nicht geforderten Zulassung sein. Mit der Tatsache, daß die BHKW-Motoren ursprünglich nicht für die Anwendung in Kraft/Wärme- Kopplungsanlagen entwickelt und mangels einer konsequenten Gesamtbetrachtung unter Vernachlässigung und zum Teil sogar Erschwerung der Abwärmenutzbarkeit stets mit Priorität auf hohen mechanisch/elektrischen Wirkungsgrad optimiert wurden, erklärt es sich, daß nach so vielen Jahren BHKW-Bau noch so grundlegende Neue- rungen mit so entscheidendem Einfluß auf deren Wirtschaftlichkeit und Okologieeffekt möglich sind.

Baugruppe 2 : Der Niederdruckkessel des Wärmetransformators besteht aus dem Behälter 2.0 mit den verfahrenstechnischen Funktionen Teilverdampfen der durch eine Pumpe 2.1 ent- nommenen und im Zusammenwirken mit einem Druckhalteventil 2.2 auf einem über dem Sättigungsdruck zur höchsten in den Motorkühikreisen 1.4,1.6 und 1.7 auftreten- den Überhitzungstemperatur gehaltenen und unter Druckabbau durch das Druckhalte- ventil 2.2 und Verdüsung in den Niederdruckkessel 2.0 zurückgeleiteten Arbeitsmittel- flüssigkeit sowie Restflüssigkeitsausscheidung aus dem entstehenden Arbeitsmittel- brüden vor dem Eintritt in eine Ansaugleitung des Brüdenverdichters 4.0. Außerdem dient der Niederdruckkessel 2.0 als Sammler und niveaugeregelte Vorlage der BHKW- Anlage für Speisewasser und Kondensat aus einem externen betrieblichen Speicher und als Dampf-und Heizwasser-Versorgung für betriebliche Niedertemperaturverbrau- cher 2. 4 und 2.5.

Baugruppe 3 : Der Treibdampf-Hochdruckkessel des Wärmetransformators besteht aus einem Ab- hitze-Dampferzeuger 3.0 mit einem abgasseitig vorgeschalteten Überhitzer 3.1 und dem nachgeschalteten Economiser (Speisewasservorwärmer) 3.3 mit einer vom Füll- stand des Dampferzeugers 3.0 geregelten Speisepumpe 3.4. Die Auslegung des Dampferzeugers 3.0 und seiner Nebenaggregate 3.1 bis 3.4 erfolgt erstens in Abhän- gigkeit der Abgastemperatur des Motors 1.0, zweitens der Qualität und Quantität der Niedertemperaturabwärme, drittens des betriebsspezifischen Heizwärmedruckes und viertens des aus diesen Daten resultierenden Leistungsbedarfes der Brüdenverdich- tung und ihres Antriebes. Ergeben diese Vorgaben ein Defizit des Wärmeenergieange- botes im Motorabgas gegenüber dem Leistungsbedarf der Brüdenverdichtung, so be- steht eine u. U. vorteilhafte Maßnahme in der Installation eines Zusatzbrenners 3.2 im Abgasstrom vom Motor 1.0 zum Treibdampfkessel 3.0 nach Anspruch 2. Alternativen dazu werden im Zusammenhang mit der Brüdenverdichtung dargestellt und im Kontext der Optimierung des Wärmetransformators diskutiert.

Baugruppe 4 : Die Brüdenverdichtungsanlage des Wärmetransformators, besteht nach Abb. 1 aus einem mechanischen Verdichter 4.0, gekoppelt an eine Dampfexpansions- Kraftmaschine 4.1 und einen Zusatzantrieb 4.2. Diese Konfiguration stellt in sich eine in der Praxis nicht sinnvolle Kombination aus Lösungsansätzen nach den Ansprüchen und 17 dar. Soweit sich die realen Anordnungen durch einfaches Weglas- sen von Baugruppen in Abb. 1 eindeutig beschreiben und diskutieren lassen, wird das anschließend getan. Stark abweichende Baugruppenkonfigurationen sind in den Abb.

2.1 bis 2. 3 dargestellt.

Die Abb. 2.1 zeigt einen Wärmetransformator mit Dampfstrahiverdichter 4.0, be- stehend aus der Treibdampf-Hochdruckkesselanlage 3.0,3.1,3.2 mit Zusatzbrenner 3.2 gemäß Anspruch 2 und dem Dampfstrahiverdichter 4.0.1 gemäß Anspruch 17. Im Zusammenhang mit der Dampfstrahiverdichtung gibt es zur Erhöhung des Treib- dampfangebotes durch den erfindungsgemäßen Zusatzbrenner 3.2 keine Alternative.

Der Dampfstrahiverdichter 4.0.1 weist insbesondere bei hohem Verdichtungsverhältnis einen schlechteren'Wirkungsgrad als mechanische Verdichter auf. Da er niedrige An- schaffungs-und fnstandhaltungskosten hat und keinerlei Kontaminationsgefahr für den Dampf bedeutet, ist sein Einsatz dennoch stets in Betracht zu ziehen, wenn die Rand-

bedingungen bezüglich Verdichtungs-und Mengenverhättnis der Nieder-und Hochtemperaturabwärme günstig sind. Bei der Beurteilung der Auswirkung des Zu- satzbrenners 3.2 auf die Stromkennzahl des BHKWs ist zu beachten, daß besonders bei Magerturbo-Motoren mit hohem Luftüberschuß die Nachverbrennung einen günsti- gen Einfluß auf den Schomsteinverlust und den thermischen Wirkungsgrad der Anlage hat.

Wärmetransformator ähnlich Ausführung gemäß Abb. 1, mit mechanischem Ver- dichter 4.0, angetrieben durch Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 mit Energie aus Abgas und evtl. Zusatzbrenner 3.2, bestehend aus dem Verdichter 4.0 mit der gekoppelten Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1, ohne mechanischen Zusatzantrieb 4.2, aber nach Anspruch 2 kombinierbar mit dem Zusatzbrenner 3.2, falls ein Defizit an Antriebsenergie vorliegt. Diese, dem Hauptanspruch 1 am nächsten kommende Aus- führung bietet sich am besten an, wenn die Energieverteilung auf Hoch-und Nieder- temperatur-Abwärme günstig und das Verdichtungsverhältnis durch nicht zu hohen Heizmediendruck einerseits und hohen Druck im Niederdruckkessel 2.0 andererseits mäßig sind, wie das bei Auslegung der Anlage nach den Ansprüchen 7 bis 15 in be- sonderem Maße der Fall ist. Damit sind auch die Voraussetzungen für den Einsatz der kostengünstigen und robusten Variante einer integrierten Expansions-und Kompressi- ons-Kolbenmaschine ohne Kurbelwelle nach Anspruch 20 erfüllt, die nur noch aus di- rekt über gemeinsame Kolbenstangen gekoppelten Expansions-und Kompressions- kolben in axial fluchtend angeordneten Zylindem besteht und die konstruktionsbedingt keine Möglichkeit eines zusätzlichen mechanischen Hilfsantriebes bietet.

Wärmetransformator nach Abb. 2.2, mit mechanischem Verdichter 4.0, angetrie- ben durch Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 mit einem zusätzlichem Ver- brennungsmotor 4.2.2, gemäß Anspruch 23 bestehend aus dem Verdichter 4.0 mit der fest gekoppelten Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 und dem drehzahlabhängig gekoppelten Verbrennungsmotor 4.2.2, dessen Abwärme nach Anspruch 23 parallel zu der des BHKW Motors 1.0 von den Baugruppen 2 und 3 des Wärmetransformators rekuperiert und durch die Brüdenverdichtungsanlage 4.0 bis 4.3 dem Heizkessel 5.0 zugeführt wird. Gegenüber der Bereitstellung der zusätzlichen Antriebsenergie durch den Zusatzbrenner 3.2, der bei dieser Anordnung entfällt, hat der Verbrennungsmotor 4.2.2 den Vorteil, daß infolge seines im Vergleich zur Dampfexpansions-Kraftanlage drei-bis vierfach höheren mechanischen Wirkungsgrades entsprechend weniger Brennstoff eingesetzt werden muß, dessen Abwärmenutzung die Stromkennzahl des

BHKWs negativ beeinflußt. Das gilt umso mehr, als die Abgasenergie des Verbren- nungsmotors 1.0 in die Hochdruck-Treibdampf-Erzeugung einfließt, die Leistung der Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 erhöht und daher zur Bemessung einer geringe- ren Leistung des Verbrennungsmotors 1.0 führt.

Wärmetransformator ähnlich Abb. 1, mit mechanischem Verdichter 4.0, angetrie- ben durch eine Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 mit mechanischem Hilfsan- trieb, gemäß Anspruch 21 bestehend aus dem Verdichter 4.0 mit der Dampfexpansi- ons-Kraftmaschine 4.1 und einem gekoppelten Hilfsantrieb 4.2. Die direkte mechani- sche Kopplung an einen Nebenabtrieb des BHKW-Motors 1.0 ist hinsichtlich Bauauf- wand und Wirkungsgrad interessant, wirft aber Probleme auf, wenn die Leistungsre- gelung des Verdichters 4.0 über die Drehzahl erfolgt. Praktikabler ist der Hilfsantrieb durch einen Hydraulikmotor 4.2, der drehzahiregelbar ist und weniger Zwänge bezüg- lich der räumlichen Zuordnung der Maschinen aufweist. Da der Hydraulikmotor 4.2 Leistung vom BHKW-Motor abzweigt, könnte theoretisch der Generator 1.1 kleiner ausgelegt werden, um Investitionskosten zu sparen. Realistisch ist diese Überfegung allerdings nur unter der Voraussetzung, daß mindestens der Anteil der Hilfsantriebsiei- stung des Brüdenverdichters 4.0, um den die Generatorleistung verringert ist, bei Vol- lastbetrieb des BHKWs immer hydraulisch ausgekoppelt wird. Wenn man die Mögfich- keiten bedenkt, nach Anspruch 12 die Brüdenbelastung und damit den Leistungsbedarf des Verdichters 4.0 durch Direktverbrauch an Niedertemperaturwärme temporär zu mindern, rückt zumindest dieses Motiv für die Wahl eines Hydraulikantriebs in den Be- reich der Theorie. Standardlösung ist natürlich ein gemäß Abb. 1 direkt angeflanschter, über Frequenzumrichter drehzahl-und leistungsgeregelter Elektromotor 4.2, dessen Wirkunsgrad und Bauaufwand im konkreten Fail 1 : 1 mit dem der Hydraulik vergiichen werden muß. Die zur effektiven Nutzung des Rationalisierungspotentials nach An- spruch 12 erforderfiche Flexibilität gewinnt man alterdings erst durch Realisierung der im folgenden beschriebenen Konfiguration nach Anspruch 22.

Wärmetransformator nach Abb. 2.3, mit mechanischem Verdichter 4.0 mit Elek- tromotor 4.2, der mit Strom aus einem Generator 4.4 der Dampfexpansions-Kraft- maschine 4.1 versorgt wird, bestehend nach Anspruch 22 aus dem mit dem Elek- tromotor 4.2 angetriebenen Verdichter 4.0, der nicht mehr wie nach Anspruch 21 me- chanisch mit der Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1, sondem durch das Lastmana- gement 4.5 elektrisch mit deren Stromgenerator 4.4 gekoppelt ist. Der mit Dreh- zahiregelung ausgerüstete Elektromotor 4.2 verbraucht von dem im Generator 4.4 er-

zeugten Strom nur soviel, wie zum Antrieb des Verdichters 4.0 aufgrund des Brüden- überschusses im Niederdruckkessel 2.0 entsprechend dem Verhältnis aus dem Motor 1.0 anfallender und über die Heizkreisläufe 2.4 und 2.5 entnommener Niedertempera- tur-Wärmemengen erforderlich ist. Der darüber hinaus im Generator 4.4 der Dampfex- pansions-Kraftmaschine 4.1 aus Abwärme erzeugte Strom erhöht den elektrischen Wirkungsgrad und die Stromkennzahl der BHKW-Anlage. Erst mit dieser vorteilhaften Anordnung nach Anspruch 22 ist es möglich, überschüssige Expansionsenergie durch temporären Direktverbrauch rekuperierter Niedertemperaturabwärme nach Anspruch 12 in zusätzlichen KrafVWärme-Kopplungs-Strom zu wandeln. Wenn der Hochdruck- kessel 3.0 und die Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 mit einer Leistungsreserve ausgelegt sind, kann außerdem in Perioden hohen, das Abwärmeangebot des BHKWs übersteigenden betrieblichen Heizenergiebedarfes der Zusatzbrenner 3.2 betrieben und die Deckung des überdurchschnittlichen temporären Wärmebedarfes mit zusätzli- cher Stromerzeugung verbunden werden. Unter Betrachtung der speziellen Gegeben- heiten des Einsatzfalles einer BHKW-Anlage kann es daher entsprechend der Formu- lierung des Anspruchs 22 sinnvoll sein, den Elektroantrieb des von der Dampfexpansi- ons-Kraftmaschine 4.1 mechanisch entkoppelten Brüdenverdichters 4.0 mit der Instal- lation des Zusatzbrenners 3.2 nach Anspruch 2 zu kombinieren.

Baugruppe 5 : Der Heizwärme-Mitteldruckkessel des Wärmetransformators besteht aus dem auf den Sättigungsdruck der betrieblichen Heizmedien ausgeegten Kessel 5.0, der nicht notwendigerweise mit Abgasheizflächen ausgerüstet sein muß, da er durch die Einlei- tung des im Brüdenverdichter 4.0 komprimierten Dampfes aus dem Niederdruckkessel 2.0 und des in der Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 entspannten Dampfes aus dem Hochdruckkessel 3.0 gespeist wird, der kondensiert werden muß, soweit der An- fall den Verbrauch der betrieblichen Heizkreise 5.1 und 5.2 übersteigt. Der Hochdruck- kessel 5.0 hat die Funktion eines Abwärme-Speichers, der auf Differenzen zwischen Warme-Anfall und Verbrauch mit Druckveränderungen reagiert, die erfindungsgemäß die zentrale Führungsgröße für die Lastregelung des BHKWs und parallel geschalteter zusätzlicher Wärmeversorgungsanlagen darstellt.

Eine Ausstattungs-und Schaltungsvariante des Hochdruckkessels 5.0 gemäß Abb. 3.1 und Abb. 3.2 ergibt sich bei Ausführung des Wärmetransformators mit einem nied- rigsiedenden Wärmepumpen-Arbeitsmittel nach den Ansprüchen 5,6 und 19, indem er dann mit Wärmeaustauschflächen für die Kondensation des komprimierten Arbeitsmit-

tels ausgerüstet und wegen der Heizdampferzeugung durch die zugeführte Wärme mit einer Speisewasserversorgung versorgt werden muß.

Schaltungs-und Funktionsvarianten der Baugruppen 2,3 und 5 nach Abb. 4.1 und Abb. 4.2 mit einem Stirlingmotor 4.8.0 zum Antrieb des Brüdenverdichters 4.0 nach Anspruch 24. In diesem Fall werden der Hochdruckkessel 3.0 und der Über- hitzer 3.1 durch einen Antriebs-Hochtemperatur-Wärmetauscher 4.8.1 des Stirlingmo- tors 4.8.0 ersetzt und dem nach wie vor mit der Speisepumpe 3.4 aus dem Motorkühl- kreisrücklauf des Niederdruckkessels 2.0 versorgten Abgasnachküh- ler/Speisewasservorwärmer oder Economiser 3.3, der nun in Kessel 5.0 mündet, wird ein weiterer, durch die Zirkulationspumpe 5.4 mit Kessel 5.0 verbundener Abgasvor- kühler 5.3 vorgeschaltet. Ein Hochtemperatur-Kühlkreislauf mit der Zirkulationspumpe 5.4 überführt die Abwärme des Antriebs-Niedertemperatur-Wärmetauschers 4.8.2 des Stirlingmotors 4.8.0 parallel zu der des Abgasvorkühlers 5.3 in den Mitteldruckkessel 5.0, dessen übrige Funktionen der Beschreibung im vorherigen Absatz entsprechen. Die zum Ausgleich eventueller Energiedefizite im Motorabgas fur die Dampf- expansions-Kraftmaschine 4.1 dargestellten und diskutierten Lösungen nach den Ver- fahrens-und Vorrichtungsansprüchen 2 und 17 bis 23, gelten analog für den Stirling- motor 4.8.0. Die Abb. 4.1 bezieht sich, wie die Abbildungen1 und 2.1 bis 2.3, auf das Wärmepumpen-Arbeitsmittel Wasser. In Abb. 4.2 wird die Ausrüstung und Schaltung dargestellt, die sich analog zu Abb. 3.1 beim Betrieb des Wärmetransformators mit ei- nem niedrigsiedenden Wärmepumpen-Arbeitsmittel nach den Ansprüchen 5,6 und 19 ergibt, wenn statt der Dampfexpansions-Kraftmaschine 4.1 ein Stirlingmotor 4.8.0 ein- gesetzt wird.

Konsequenzen der Wahl des Arbeitsmittels der Niedertemperatur Brüdenver- dampfung und-verdichtung für die Schaltung und Funktion des Wärmetransfor- mators. Wird nach Anspruch 7 für den Antrieb eines BHKWs ein mit 115 bis 125 °C heißgekühtter Motor 1.0 eingesetzt, arbeitet der Niederdruckkessel 2.0 mit dem Ar- beitsmittel Wasser bei 1.7 bis 2.4 bar und ist gegen das Eindringen von Luft oder 01 so gut geschützt, daß der Wärmetauscher 1.7 zum Zylinderkijhlkreis des Motors 1.0 ent- fallen kann, wenn keine besonderen, aus extremen Sicherheitsanforderungen des Be- triebes bezüglich der absoluten ÖI-und Kontamienationsfreiheit des Heizmediums da- gegen sprechen. Der Warmetransformator ist von der Motorkühlung bis zur Betriebs- heizung"offen", energieabsorbierende Temperaturdifferenzen an Wärmeaustauschern zur Medientrennung werden vermieden, die Wasserkreisläufe können unter dem Ge-

sichtpunkt optimaler Wärmerekuperation in erfindungsgemäßer, vorteilhafter Weise entsprechend Abb. 1 angelegt werden.

Die nach Anspruch 11 vorgesehene Einleitung des relativ kalten, frisch aufbereiteten Speisewassers und aller betrieblich anfallenden Kondensate in eine Zulaufleitung vom Niederdruckkessel 2.0 in die Motorkühikreispumpe 1.8 ist vorteilhaft, weil durch die Unterkühlung des Kühlwasservorlaufes unter die Sättigungstemperatur des Nieder- druckkessels 2.0 auch die Überhitzung des Kühlwasserrücklaufes um den gleichen Betrag vermindert und die Brüdenmenge bei der Entspannung und damit die Belastung und der Energiebedarf des Brüdenverdichters 4.0 reduziert werden.

Andererseits ist es vorteilhaft, nach Anspruch 16 mit der Pumpe 3.4 zur Speisung des Economisers 3.3 für den Hochdruckkessel 3.0 überhitztes Kühiwasser aus dem Rück- lauf vor dem Reduzierventil 2.2 zu entnehmen, um auch hier möglichst viel Wärme ohne Belastung des Brüdenverdichters 4.0 vom Nieder-in den Hochdruckbereich zu verlagem.

Der Entlastung des Brüdenverdichters 4.0 dient auch der Direktverbrauch von Nieder- temperaturwärme durch die aus dem Niederdruckkessel 2.0 gespeisten Heizkreisläufe 2.4 und 2.5 nach Anspruch 12. Dazu sei allerdings unter Hinweis auf die Erläuterungen zu Anspruch 22 einschränkend angemerkt, daß Entlastungen, die nicht dauemd und in einem festen Verhältnis zur jeweiligen Anlagenleistung, sondern temporär und regellos eintreten, nur dann einen wirtschaftlichen Nutzen bewirken, wenn die Brüdenverdich tungsanlage gemäß Anspruch 22 aus getrennten, unabhängig regelbaren Einheiten mit Generator 4.4 und Elektromotor 4.2 besteht.

Muß wegen Nichtverfügbarkeit eines heißgekittlten BHKW-Motors nach Anspruch 4 für den Brüdenverdampfungs-und verdichtungsbereich des Wärmetransformators als Wärmepumpen-Arbeitsmittel eine niedrigersiedende Flüssigkeit gewählt werden, die als Motorkühtmittet unzulässig ist und auch nicht als betriebliches Heizmedium in Frage kommt, muß der Wärmetransformator gemäß Anspruch 6 nach beiden Seiten, also zum Motor und zum Betrieb hin, geschlossen ausgeführt werden, wobei es von den Gefährdungseigenschaften des Wänmepumpen-Arbeitsmittels abhängt (Brennbarkeit, Giftigkeit), ob die dann erforderlichen Medientrennstellen über die Anlage verteilt oder zentral in einem geschützten Bereich angeordnet werden müssen.

Um trotz dieser Sachzwänge die vorteilhaften Schaltungen nach den Ansprüchen 11, 12 und 16 aufrechterhalten und den Verbreitungbereich des niedrigsiedenden Wärme- pumpen-Arbeitsmittels auf das Unvermeidliche beschränken zu können, werden nach Anspruch 6 entsprechend Abb. 3.1 der Niederdruckkessel 2.0 als Verdampfer und der Mitteldruckkessel 5.0 als Kondensator eines geschlossenen Warmepumpensystems mit Wärmeaustauschern zwischen dem niedrigsiedenden Wärmepumpen-Arbeitsmittel und den betrieblichen KühS und Heizkreisläufen ausgerüstet und der Expansionsdampf aus der Kraftmaschine 4.1 und der komprimierte Wärmepumpen-Arbeitsmitteldampf aus dem Brüdenverdichter 4.2 getrennt zum Kessel 5.0 geführt und an der Medien- trennstelle 4.7 zum Wärmeaustausch gebracht. Das Wärmepumpen-Arbeitsmittelkon- densat wird im Sammler 4.6 zwischengespeichert und nach Entspannung im Regel- ventil 4.5 wieder in den Wärmepumpenverdampfer am oder im Niederdruckkessel 2.0 eingeleitet.

Kann ein Wärmepumpen-Arbeitsmittel eingesetzt werden, dessen Verwendung als Mo- torkühimittel unbedenklich ist, wird das Wärmepumpensystem nach Anspruch 5 zum Motorkühtkreis hin offen gestaltet mit dem Vorteil, daß eine Medientrennstelle mit der beim Wärmeaustausch unvermeidlichen Temperaturdifferenz vermieden wird. Die Wasserkreisläufe nach den Ansprüchen 11,12 und 16 müssen in diesem Fall gemäß Abb. 3.2 direkt oder in Abhängigkeit von den örtlichen Verhältnissen über einen Zwi- schenbehälter vom betrieblichen Speisewasser-und Kondensatbehälter versorgt wer- den. Da der Niederdruckkessel 2.0 in dieser Anordnung flüssigkeits-und dampfseitig kein Wasser, sondem nur das voraussichtlich betriebsunverträgiiche Wärmepumpen- Arbeitsmittel enthätt, muß die Direktversorgung betrieblicher Wärmeverbraucher aus dem Niedertemperaturbereich nach Anspruch 12 zwecks Medientrennung über einen Wärmetauscher durchgeführt werden, der eine zusätzliche Temperaturdifferenz verur- sacht, die sich aber dadurch kompensiert, daß gegenüber der Ausführung nach An- spruch 6 der Wärmeaustausch des Wärmepumpen-Arbeitmittels gegenüber dem Mo- torkühfkreis und dem Niederdruckkessel 2.0 enffällt, woraus sich zusätzlich der Vorteil eines höheren Verdampfungsdruckes des Arbeitsmittels mit der Folge eines geringeren Energiebedarfes des Brüdenverdichters 4.0 ergibt.

Zusammenfassend la (3t sich zum Thema ganz-oder halbgeschlossene Wärme- pumpe mit einem niedrigsiedenden Arbeitsmittel folgendes feststellen : Die Aus- führung einer solchen Aniage ist auch mit Motorkühitemperaturen unter 100°C tech- nisch möglich, ohne entgegen Anspruch 3 im Niedertemperaturbereich des Wärme- transformators den Umgebungsdruck zu unterschreiten.

1. Tendenziell steigen durch die bei Ausführung nach Anspruch 6 etwas mehr als nach Anspruch 5 erhöhte Differenz zwischen der Motorkühikreis-und der betrieblichen Heizkreistemperatur auch die Druckdifferenz und der Energiebedarf des Brüdenver- dichters 4.0 der Wärmepumpe.

2. Die Tendenz eines steigenden Energiebedarfes des Brüdenverdichters 4.0 wird durch den erhöhten Rückgewinn von Niedertemperaturabwärme aufgrund der kälte- ren Motorkühikreise weiter verstärkt. Wenn und soweit es sich dabei um zusätzlich rekuperierte Abwärme handelt, die bei heißgeküh) ten Motoren verlorengeht, kann man darin einen Vorteil sehen ; leider triffl diese Voraussetzung aber nur bedingt und für einen kleinen Anteil zu. Wenn es nämlich erwartungsgemäß gelingt, nach An- spruch 10 auch bei heißgekühiten Motoren die Abwärme des Olkühlers in die Reku- peration einzubeziehen und nach Anspruch 9 auf das"Wegkühlen"der unter der Kühikreislauftemperatur anfallenden Ladeluftabwärme zu verzichten, findet sich die bei Niedertemperatur mit Kühlwasser nicht abgeführte Wärme im Abgas wieder, wird im Hochdruckkessel 3.0 oder im Antriebs-Hochtemperatur-Wärmetauscher 4.8.1 des Stirlingmotors 4.8.0 zurückgewonnen und trägt zum Energieangebot des Brüdenverdichterantriebs bei.

3. Konträr zu den Absätzen 2 und 3 la (3# sich allerdings zugunsten der kalt gekühlten Motoren und damit den Anlagenkonzepten nach Anspruch 5 und 6 geltend machen, daß sie mit einer viel größeren Auswahl heute verfügbarer Motoren realisierbar sind, als das Heißkühlungskonzept und daß der höhere Energiebedarf der Brüdenver- dichtung und das geringere Angebot für den Verdichterantrieb nutzbarer Abgas- wärme durch einen zwischen 3 und 5% höheren mechanisch/elektrischen Wir- kungsgrad kalt gekühlter Motoren und deren aufgrund höherer spezifischer Leistung günstigeren Anschaffungspreise ganz oder mindestens weitgehend kompensiert wird. Soweit nämlich durch den besseren Wirkungsgrad bei gleichem Brennstoff- durchsatz mehr Strom erzeugt wird, kann dieser oder ein Teil davon für den erhöh- ten Energiebedarf der Brüdenverdichtung aufgewendet werden, ohne per Saldo Ge- samtwirkungsgrad und Stromkennzahl zu verschlechtem.

4. Als Fazit ist festzustellen, daß die erfindungsgemäßen Konzepte von BHKWs mit Wärmetransformator sowohl in den Versionen für Heißkühlungsmotoren mit Wasser als Wärmepumpen-Arbeitsmittel als auch in den Versionen für kalt gekühlte Motoren mit niedrigsiedenden Wärmepumpen-Arbeitsmitteln vorteilhafte Weiterbildungen der BHKW-Anlagen ohne oder mit Wärmetransformator nach dem Stand der Technik darstellen.