DE60022842T2

DE60022842T2 - Vorrichtung zur Abwärmerückgewinnung aus Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60022842T2
Application number: DE60022842T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro 4-1 Chuo 1-chome Togawa; Hiroyuki 4-1 Chuo 1-chome Kitani
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: EP1094214A3; JP2001123885A; CN1116511C; US6324849B1; JP3767785B2; DE60022842D1; EP1094214B1; CN1295186A; EP1094214A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsmotorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung und insbesondere auf eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Aufnahme von in einem Motor erzeugter Abwärme, welcher als Kraftwelle in einem Kraft-Wärme-Kopplungssystem verwendet wird.
Da Umweltschutz ein global wichtiges Thema darstellt, werden nun Kraftwärme-Kopplungssysteme mit einem mit Stadtgas betriebenen Gasmotor als Kraftquelle nun als lokale Energieerzeugungseinrichtungen sowohl für die Energieerzeugung als auch für die Warmwasserversorgung in Betracht gezogen. Um Abwärme bei solchen Arten von Kraft-Wärme-Kopplungssystemen mit einem Verbrennungsmotor als Kraftquelle wiederzugewinnen, wird ein Wärmerückgewinnungsmedium (häufig Kühlwasser für den Motor) in ein Motorkühlwassersystem eingeführt, um Wärme aus dem System wiederzugewinnen, und das erwärmte Medium wird in einen Abgaswärmetauscher transferiert, um die Abgaswärme vom Motor wiederzugewinnen (siehe z.B. Japanisches Patent Nr. 26901372, Japanischen Patentveröffentlichung (Heisei) 8-4586 oder DE 41 11 298 A1 .
5 ist ein Diagramm, das die Temperaturänderung des Wärmerückgewinnungsmediums (im Folgenden als Wärmetransfermedium bezeichnet) und des Abgases in einer herkömmlichen Abwärmerückgewinnungsvorrichtung zeigt, wobei die vertikale Achse die Temperatur und die horizontale Achse die Flussrichtung des Wärmetransfermediums und des Abgases darstellt. Die Temperatur des Wärmetransfermediums ändert sich, wie durch eine charakteristische Kurve Lm angezeigt ist, während die Temperatur des Abgases im Abgaswärmetauscher von den Kurven Lga (im Parallelflussmodus) und Lgb (im Gegenflussmodus) bezeichnet wird. Die Richtungen des Abgasflusses im Parallelflussmodus und im Gegenflussmodus werden durch pf bzw. cf ausgedrückt.
Das Wärmetransfermedium gewinnt Wärme aus dem Motor wieder, während es durch die Motorkühleinheit läuft, wodurch seine Temperatur von p' auf q' erhöht wird. Während das Wärmetransfermedium durch den Abgaswärmetauscher fließt, gewinnt es Wärme aus dem Abgas zurück und seine Temperatur wird von q' auf r' erhöht. Gleichzeitig wird dem Abgas seine Wärme vom Wärmetransfermedium entzogen, und seinen Temperatur erniedrigt sich von g' auf ungefähr r'. Da der Abgaswärmetauscher am stromabwärts gelegenen Ende angeordnet ist und die Motorkühleinheit stromaufwärts vom Zirkulationsweg des Wärmetransfermediums angeordnet ist, wird das Wärmetransfermedium dem Abgas einer höheren Temperatur ausgesetzt als jener des Motors im Abgaswärmetauscher, wodurch ein Temperaturunterschied Δt vor und nach Rückgewinnung der Abwärme vergrößert wird (vgl. den Temperaturunterschied Δt, der im Gegenflussmodus geringfügig größer als im Parallelflussmodus ist).
Die wiedergewonnene Wärmemenge ist proportional zu einem Produkt der Temperaturdifferenz Δt des Wärmetransfermediums zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung und des Flusses des Wärmetransfermediums. Je kleiner dementsprechend der Fluss, desto größer wird die Temperaturdifferenz Δt (oder die wiedergewonnene thermische Energie) des Wärmetransfermediums, wie in 5 gezeigt. Wenn der Fluss des Wärmetransfermediums groß ist, wird die Temperaturdifferenz abnehmen.
6 veranschaulicht eine Temperaturänderung des Wärmetransfermediums, dessen Fluss größer als jener in 5 gezeigte ist. Die Temperatur des Wärmetransfermediums ändert sich, wie durch eine Kurve Lm1 bezeichnet, wenn sein Temperaturniveau am Eingang des Abgas-Wärmetauschers geringer ist als der Taupunkt W des Abgases. Sie ändert sich wie durch eine Kurve Lm2 bezeichnet, wenn die Temperatur des Wärmetransfermediums höher als der Taupunkt W ist. Die Temperatur des Abgases ändert sich wie durch die Linien Lg1 und Lg2 in beiden Fällen angezeigt ist. Zur Einfachheit der Beschreibung sind beide Fälle im Parallelflussmodus implementiert.
Das Wärmetransfermedium, das in den Motor mit einer Temperatur a eingeführt wird, „die niedriger als der Taupunkt W des Abgases ist, gewinnt Wärme vom Motor zurück, und dann erhöht sich seine Temperatur auf c". Da weiterhin das Wärmetransfermedium durch den Abgaswärmetauscher geführt wird, erhöht sich seine Temperatur in zwei Schritten. Wenn dem Abgas vom Wärmetransfermedium seine Wärme entzogen wurde, fällt seine Temperatur schnell von g ab. Andererseits gewinnt das Wärmetransfermedium Wärme aus dem Abgas zurück und seine Temperatur erhöht sich bis auf b, „wenn die Temperatur des Abgases unter den Taupunkt W abfällt. Wenn das Abgas den Taupunkt W erreicht, werden seine Bestandteile (größtenteils im Abgas enthaltener Wasserdampf) kondensiert, wodurch Kondensationswärme erzeugt wird. Die Kondensationswärme wird auch vom Wärmetransfermedium absorbiert, dessen Temperatur wiederum auf f steigt". Schließlich kann eine thermische Energie wiedergewonnen werden, die einen Temperaturunterschied Δt1 zur Folge hat.
Alternativ gewinnt das Wärmetransfermedium, dass eine Temperatur p „größer als der Taupunkt W des Abgases aufweist und in den Motor eingeführt wird, Wärme aus dem Motor wieder, und dann erhöht sich seine Temperatur auf q". Da des weiteren das Wärmetransfermedium durch den Abgaswärmetauscher geführt wird, erhöht sich seine Temperatur auf r". Als Ergebnis der eben genannten Wärmewiedergewinnung kann ein Temperaturunterschied Δt2 erhalten werden.
Wie man aus dem Vergleich zwischen den 5 und 6 klar verstehen wird, beschränkt eine herkömmliche Abwärmerückgewinnungsvorrichtung bei Verwendung einer großen Menge des Wärmetransfermediums zur Wärmeenergierückgewinnung möglicherweise den Temperaturunterschied des Wärmetransfermediums zwischen vor und nach dem Rückgewinnen der Abwärme auf ein geringeres Niveau als bei der Verwendung einer kleineren Menge von Wärmetransfermedium. Es kann möglich sein, die Temperatur des Wärmetransfermediums aufgrund der Kondensationswärme der Bestandteile des Abgases zu erhöhen, wenn die Anfangstemperatur des Wärmetransfermediums niedriger als der Taupunkt W des Abgases ist. Jedoch wird die Temperatur des Wärmetransfermediums durch die Wärmeübertragung aus der Motorkühleinheit gebührend erhöht, bevor das Wärmetransfermedium am Eingang des Abgaswärmetauschers ankommt. Dies bewirkt, dass die Temperatur des Wärmetransfermediums schwerlich niedriger als der Taupunkt W liegt. Es wird daher eine nicht unwesentliche Zeit dauern, bevor die Abgastemperatur unter den Taupunkt W fällt, wodurch selten ein Transfer der Wärmeenergie mit einer höheren Effizienz erlaubt wird. Wenn die Temperatur des Abgases schnell auf den Taupunkt W abgekühlt wird, können mehr Teile der Kondensationswärmeenergie auf das Wärmetransfermedium übertragen werden. Dieses Problem ist bis jetzt nicht überwunden worden.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Aspekte entwickelt worden und ihre Aufgabe ist es, eine Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung zu entwickeln, die effizienter die Kondensationswärme der Abgasbestandteile wiedergewinnen kann, die im Abgaswärmetauscher erzeugt wird.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, sie beinhaltet einen Zirkulationsweg für die Zirkulation eines Wärmetransfermediums durch eine Motorkühleinheit und einen Abgaswärmetauscher für die Verwendung des Abgases aus einem Motor, und eine Leitung, welche die Ausgangsseite des Zirkulationswegs mit einem Ausgangswärmetauscher verbindet, wobei der Abgaswärmetauscher auf dem Zirkulationsweg an einer stromaufwärts gelegenen Seite der Motorkühleinheit angeordnet ist, und das in den Abgaswärmetauscher einzuführende Wärmetransfermedium wird so kontrolliert, dass seine Temperatur niedrig genug ist, um eine Temperatur des in dem Abgas enthaltenen Wasserdampfes, von welchem Wärme auf das Wärmetransfermedium übertragen wird, bis unter seinen Taupunkt abzusenken. Die Vorrichtung mit einem zweiten Merkmal ist so aufgebaut, dass die Temperatur und/oder die Flussrate des Wärmetransfermediums so kontrolliert wird, dass die Temperatur des Wasserdampfs im Abgas niedriger als dessen Taupunkt in dem Abgastauscher während der Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas bleibt.
Eine Vorrichtung mit einem dritten Merkmal ist so aufgebaut, dass die Dauer der Rückgewinnung des Abgases einen Zeitraum beinhaltet, in welchem die Temperatur und/oder die Flussrate des Wärmetransfermediums auf der Grundlage der Temperatur des Abgases oder der Temperatur des Wärmetransfermediums oder der thermischen Last so kontrolliert wird, dass die Temperatur des Wasserdampfs im Abgas niedriger als sein Taupunkt im Abgaswärmetauscher bleibt.
Eine Vorrichtung mit einem vierten Merkmal ist so aufgebaut, dass die Temperatur des Wärmetransfermediums kontrolliert wird, indem der Motor auf Grundlage der Größe der thermischen Last gestartet und gestoppt wird.
Eine Vorrichtung mit einem fünften Merkmal beinhaltet einen Ölwärmetauscher zum Transferieren von Wärme vom Motoröl auf das Wärmetransfermedium, wobei der Ölwärmetauscher auf halber Strecke des Zirkulationswegs an der stromaufwärts gelegenen Seite des Abgaswärmetauschers vorgesehen ist.
Eine Vorrichtung mit einem sechsten Merkmal beinhaltet einen Pumpe zur Zirkulation des Wärmetransfermediums durch den Zirkulationsweg, wobei die Pumpe in der Nähe des Einlasses des Ölwärmetauschers auf dem Zirkulationsweg vorgesehen ist.
Entsprechend den ersten bis sechsten Merkmalen wird das Wärmetransfermedium mit einer niedrigen Temperatur in den Abgaswärmetauscher eingeführt, sodass die Temperatur des Wasserdampfes im Abgas auf eine Temperatur unter seinem Taupunkt abgekühlt wird. Dies ermöglicht es dem Wärmetransfermedium, allgemeine Wärme aus dem Abgas und dessen Kondensationswärme aufzunehmen, und dann in die Motorkühleinheit zu laufen, die an der stromabwärts gelegenen Seite auf dem Zirkulationsweg gelegen ist, wo es mehr Wärme entzieht. Das Wärmetransfermedium, das eine wesentliche Menge an thermischer Energie aufnimmt, wird weiter an den Ausgangswärmetauscher transferiert.
Entsprechend dem zweiten Merkmal wird die Temperatur des Wasserdampfs im Abgas während des gesamten Wärmerückgewinnungsvorgangs, bei dem Wärme aus dem Abgas zurückgewonnen wird, unter dem Taupunkt gehalten. Entsprechend dem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Dauer des Wärmerückgewinnungsvorgangs, bei dem Wärme aus dem Abgas zurückgewonnen wird, einen Betriebszeitraum, während dem die Temperatur des Wasserdampfes unter dem Taupunkt im Abgaswärmetauscher bleibt.
Entsprechend dem fünften Merkmal wird Wärme auch vom Motoröl übertragen, das durch den Betrieb des Motors erwärmt worden ist. Da die aus dem Motoröl zurückgewonnene thermische Energie im Vergleich mit der aus dem Hauptkörper des Motors und dem Abgas übertragenen thermischen Energie gering ist, ist der Temperaturanstieg durch Wärmeübertragung aus dem Motoröl ein Minimum. Als Ergebnis kann die Effizienz der Wärmerückgewinnung erhöht werden, ohne die Rückgewinnung der Kondensationswärme zu beeinträchtigen, und auch das Kühlen des Motoröls kann verstärkt werden.
Entsprechend dem sechsten Merkmal läuft das Wärmetransfermedium durch die Pumpe, bevor es Wärme aus dem Motor aufnimmt und erlaubt daher der Pumpe, auf einer relativ niedrigen Temperatur zu bleiben. Dies kann die Degradation von Dichtungen oder Ähnlichem minimieren, wodurch die Lebensdauer der Pumpe verlängert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das einen primären Teil einer Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Kraft-Wärme-Kupplungssystems zeigt, welches eine Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein graphisches Diagramm, das die Änderungen der Temperatur eines Wärmetransfermediums und eines Abgases zeigt;
4 ist ein graphisches Diagramm, das die Änderungen in der Temperatur eines Wärmetransfermediums und eines Abgases in einem Abwärmetauscher im Parallelflussmodus zeigt;
5 ist ein graphisches Diagramm, das die Änderungen in der Temperatur eines Wärmetransfermediums und eines Abgases im Stand der Technik zeigt; und
6 ist ein graphisches Diagramm, das die Änderungen in der Temperatur eines Wärmetransfermediums und eines Abgases in einem anderen Beispiel des Stands der Technik zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die relevanten Zeichnungen detailliert beschrieben. Unter Bezug auf 1 ist eine Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung 1, die in einem Kraft-Wärme-Kopplungssystem installiert ist, dafür konzipiert, Wärme aus dem Motor eines Motor getriebenen Stromgenerators zurückzugewinnen. Die Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung 1 umfasst den Motor 2 und den mechanisch mit dem Motor 2 verbundenen Stromgenerator 3. Der Stromgenerator 3 erzeugt entsprechend den Umdrehungen des Motors 2 einen Wechselstrom. Der Motor 2 ist mit einer Ölpfanne 4 zur Aufbewahrung von Schmieröl ausgestattet. Die Ölpfanne 4 beinhaltet einen Ölkühler (einen Ölwärmetauscher) 5. Der Ölwärmetauscher 5 überträgt Wärme aus dem Öl in der Ölpfanne 4 auf ein Wärmetransfermedium (ein Kühlwasser). Ein Luftstrom wird aus einem Luftfilter 7 in einen Zylinderkopf 6 des Motors 2 eingeführt. Abgas aus dem Motor 2 tritt durch einen Abgaskrümmer 8 und einen Abgaswärmetauscher 9 und wird dann nach außen aus dem Motor ausgestoßen.
Ein Zirkulationsweg 12 des Wärmetransfermediums ist vorgesehen, um die vom Motor 2 erzeugte Wärme effizient zurückzugewinnen. Eine Wasserpumpe 10 zur Zirkulation des Wärmetransfermediums ist am Einlass des Zirkulationswegs 12 angebracht. Diese Anordnung erlaubt es anderen Komponenten, wie z.B. Dichtungen, nicht in direktem Kontakt mit dem Wärmetransfermedium hoher Temperatur zu kommen und somit kaum in ihrer Qualität verschlechtert zu werden, was zur längeren Lebensdauer der Wasserpumpe 10 beiträgt. Da das Wärmetransfermedium von der Wasserpumpe 10 angetrieben wird, fließt es durch den Ölwärmetauscher 5 in der Ölpfanne 4, den Abgaswärmtauscher 9, den Motor 2 und den Zylinderkopf 6 und trifft nach einem Wärmeschutz 16 auf eine thermische Last, die später detaillierter beschrieben wird. Der Wärmeschutz 16 kann einen eingebauten Thermostat beinhalten, um die Leitung abzusperren und den Fluss des Wärmetransfermediums zu blockieren, wenn die Temperatur unter einem vorbestimmten Niveau liegt.
Während das Wärmetransfermedium entlang des Zirkulationswegs 12 zirkuliert wird, gewinnt es vom Motor 2 erzeugte Wärme zurück und transferiert sie an die thermische Last. Wenn insbesondere das Wärmetransfermedium in den Ölwärmetauscher 5 in der Ölpfanne 4 geführt wird, entzieht es dem Öl Wärme, die vom Motor 2 erhalten wurde, und kühlt das Öl. Das Wärmetransfermedium wird dann in den Abgaswärmetauscher 9 geführt, wo es die vom Motor abgegebene Wärme aus dem Abgas aufnimmt. Das Wärmetransfermedium, dessen Temperatur sich durch den Wärmetransfer in sowohl dem Ölwärmetauscher 5 als auch dem Abgaswärmetauscher 9 erhöht hat, wird weiter durch einen Gang oder einen Wassermantel 6a geführt, der als Motorkühlvorrichtung in der Zylinderwand und dem Zylinderkopf 6 vorgesehen ist, und entzieht daher mehr Wärme, wodurch seine Temperatur auf ein höheres Niveau angehoben wird.
2 veranschaulicht eine Anordnung einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung, bei dem der Motorstromgenerator in ihrem Stromgeneratorabschnitt mit einem kommerziellen Stromversorgungssystem verbunden ist.
Ein Stromrichter 13 hat die Funktion, den vom Stromgenerator 3 erzeugten Wechselstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln, dessen Charakteristiken (Spannung, Frequenz, Rauschen usw.) jenen des kommerziellen Stromversorgungssystems identisch sind, und hat die Aufgabe, eine Phasensynchronisierung mit dem kommerziellen Stromversorgungssystem herzustellen. Insbesondere umfasst der Stromrichter 13 einen Gleichrichter zum Gleichrichten der vom Stromgenerator 3 abgegebenen Wechselspannung in eine Gleichspannung, einen Wechselrichter zum Umrichten der Gleichspannung des Gleichrichters in eine Wechselspannung einer Form, die in Frequenz und Spannung einem Input aus dem kommerziellen Stromversorgungssystem identisch ist, und umfasst andere funktionale Mittel inklusive Rauschfilter und Verbindungsschalter. Ein Beispiel des Stromrichters, der mit anderen (kommerziellen) Systemen verbunden ist, ist in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung (Hei) 4-10302 offenbart. Der Wechselstrom, der vom Stromgenerator 3 erzeugt und vom Stromrichter 13 konvertiert wurde, wird dann einer elektrischen Last 15 zugeführt, die auch mit dem kommerziellen Stromversorgungssystem 14 verbunden ist.
Die vom Antriebsmotor 2 des Stromgenerators 3 erzeugte Wärme wird durch einen Wärmetauschvorgang einer Kühlwasservorrichtung und einer Wärmetauscheinheit (allgemein mit Bezugsziffer 11 bezeichnet) des Abgaswärmetauschers 9 oder Ähnliches gesammelt. Das Kühlwasser, das Wärme an der Wärmetauscheinheit 11 aufnimmt, wird in einen Heißwasseraufbewahrungstank 17 durch eine Leitung 18 geführt, welche als Mittel zum Übertragen der Wärme an den Heißwasseraufbewahrungstank 17 verwendet wird. Der Heißwasseraufbewahrungstank 17 enthält einen Ausgangswärmetauscher (im Folgenden als erster Wärmetauscher bezeichnet) 20, der mit der Leitung 17 in Verbindung steht. Das von einer Wasserquelle 31 dem Heißwasseraufbewahrungstank 17 zugeführte Wasser wird dann vom ersten Wärmetauscher 20 erwärmt, und in Heißwasser umgewandelt. Das erhitzte und im Heißwasseraufbewahrungstank 17 aufbewahrte Heißwasser wird zur weiteren Verwendung in eine Heißwasserversorgungseinheit 21 geführt, die eine erste thermische Last darstellt.
Ein Ventil 32 ist an einem Wasserrohr zwischen der Wasserquelle 31 und dem Heißwasseraufbewahrungstank 17 vorgesehen. Das Ventil 32 wird geöffnet, um Wasser zuzuführen, wenn das Heißwasser im Heißwasseraufbewahrungstank 17 unter ein vorbestimmtes Niveau fällt. Die Pumpe 10, die ihren Betrieb synchron mit dem Motor 2 startet, kann nach einer vorbestimmten Zeitlänge (durch einen Timer bestimmt) automatisch abgeschaltet werden, da der Motor 2 stoppt.
Ein zweiter Wärmetauscher 22 ist über dem ersten Wärmetauscher 20 im Tank 17 vorgesehen. Der zweite Wärmetauscher 22 ist über eine Leitung 23 angeschlossen, die wiederum mit einem Heizungssystem 24, wie z.B. einem Zentralheizungssystem oder einem Fußbodenheizungssystem verbunden ist, das als zweite thermische Last wirkt. Die zweite Leitung 23 bildet einen zweiten Heißwasserweg, der vom Heißwasserweg für die Zufuhr des Heißwassers aus dem Heißwasseraufbewahrungstank 17 zur Heißwasserversorgungseinheit 21 getrennt ist. Der zweite Heißwasserweg 23 führt einen sekundären Wärmetausch aus dem Heißwasseraufbewahrungstank 17 durch, wodurch die Effektivität der Wärmewidergewinnung vergrößert wird.
Der zweite Wärmetauscher 22 ist an einer Position höher als der ersten Wärmetauscher 20 platziert, da das vom ersten Wärmetauscher 20 erwärmte Heißwasser eine höhere Temperatur aufweist und konvektiv aus dem ersten Wärmetauscher 20 nach oben strömt. Dies erlaubt es dem zweiten Wärmetauscher 22, mehr thermische Energie aus dem Heißwasser aufzunehmen, das durch den Konvektionseffekt nach oben bewegt wurde. Im zweiten Heißwasserweg 23 sind auch ein Wiedererwärmungsboiler 25 und ein Dreiwegeventil 26 vorgesehen. Der Wiedererwärmungsboiler 25 ist mit einer Pumpe 27 zur Zirkulation des Heißwassers durch den zweiten Heißwasserweg 23 versehen. Das Dreiwegeventil 26 ist ein Mittel zum Umschalten des Heißwasserstroms an einen Bypass 28 oder an das Heizungssystem 24. Die nachfolgenden Leitungen werden durch Betätigen des Dreiwegeventils 26 gewählt. Wenn das Dreiwegeventil 26 auf das Heizungssystem 24 umgeschaltet ist, wird die Leitung geöffnet, um das Heißwasser über den Wiedererhitzungsboiler 25 und das Heizungssystem 24 vom und zum Heißwasseraufbewahrungstank 17 zu befördern. Wenn das Dreiwegeventil 26 auf den Bypass 28 umgeschaltet ist, ist die Leitung geöffnet, um das Heißwasser über den Bypass 28 und nicht über das Heizungssystem 24 vom und zum Heißwasseraufbewahrungstank 17 zu befördern.
Ein Temperatursensor TS1 ist im Heißwasseraufbewahrungstank vorgesehen und Informationen über die vom Temperatursensor TS1 gemessene Temperatur T1 des Heißwassers wird an eine Steuerung 29 übermittelt. Der Temperatursensor TS1 kann auf einem geeigneten Höhenniveau zwischen im wesentlichen dem obersten Abschnitt des ersten Wärmetauschers 20 und dem untersten Abschnitt des zweiten Wärmetauschers 22 platziert sein und besonders bevorzugt auf halben Weg zwischen dem ersten Wärmetauscher 20 und dem zweiten Wärmetauscher 22. Es ist sehr wahrscheinlich, dass aufgrund des Konvektionseffekts die Temperatur des Heißwassers am im wesentlichen untersten Abschnitt des Heißwasseraufbewahrungstanks 17 niedriger ist und am im wesentlichen obersten Abschnitt höher ist. Da der Temperatursensor TS1 auf halbem Weg platziert ist, kann er einen Durchschnittswert der Temperatur im Heißwasseraufbewahrungstanks 17 messen.
Als Reaktion auf die Temperaturinformation T1 steuert die Steuerung 29 das Starten und das Stoppen des Motors 2. Da die Temperaturinformation T1 den Wärmebedarf seitens der Heißwasserversorgungseinheit 21 darstellt, die das heiße Wasser direkt aus dem Heißwasseraufbewahrungstank 17 bezieht, oder den Wärmebedarf seitens des Heizungssystems 24 darstellt, welches das Heißwasser indirekt über den zweiten Wärmetauscher 22 bezieht, entscheidet die Steuerung 29, dass der Bedarf zu hoch ist, wenn die Temperaturinformation T1 nicht höher als ein Bezugsniveau Tref-1 ist und betreibt den Motor 2, um Wärme zu erzeugen. Andererseits, wenn die Temperaturinformation T1 höher als das Bezugsniveau Tref-1 liegt, entscheidet die Steuerung 29, dass ein ausreichendes Niveau der Wärmeenergie im Heißwasseraufbewahrungstanks 17 gespeichert ist, und stoppt den Betrieb des Motors 2.
Das Bezugsniveau Tref-1 der Temperatur wird aus mehreren Parametern der Art und der Größe der thermischen Last (d.h. der Art und der Kapazität der Heißwasserversorgung 21 und des Heizungssystems 24), von der thermischen Ausgabe der Wärmetauscheinheit 11, dem Volumen des Heißwasseraufbewahrungstanks 17 usw bestimmt. Das Bezugsniveau Tref-1 weist eine Hysterese auf, um einen stabilen Betrieb des Motors 2 sicherzustellen, d.h. um häufiges Starten und Stoppen zu vermeiden.
Im Fall, dass der Motor 2 mit der Temperaturinformation T1 gesteuert wird, kann sein Betrieb in Betracht gezogen werden, um den Stromgenerator 3 anzutreiben, um eine konstante Leistungsausgabe zu erzeugen oder um in einem von der elektrischen Last abhängigen Modus ein variable Ausgabe zu erzeugen, die von der Größe der elektrischen Last 15 abhängt. Im Modus konstanter Leistungsabgabe, wird der Motor 2 als Antriebskraftquelle betrieben, um die Anzahl seiner Umdrehungen konstant zu machen, und so wird sein Betrieb ein höheres Niveau der Effizienz sicherzustellen, die den Kraftstoffverbrauch minimiert und eine akzeptable Menge an Abgas ausstößt. Wenn der Bedarf an Elektrizität die Ausgabe des Stromgenerators 3 übersteigt, wird der Mangel an Elektrizität durch die Versorgung aus dem kommerziellen Stromversorgungssystem 14 abgedeckt.
Die Temperatur des Heißwassers im Heißwasseraufbewahrungstanks 17 ändert sich beträchtlich in Abhängigkeit vom Verbrauch an Heißwasser, d.h. im Bedarf an thermischer Energie und dem Betriebsmodus des Motorgenerators 10, z.B. entweder dem Modus konstanter Ausgabe oder dem Modus in Abhängigkeit von der elektrischen Last. Z.B., in einem System, wo wenn der Verbrauch des Heißwassers gering ist, die Temperatur des Heißwassers auf ungefähr 80° gehalten werden kann, wobei der Stromgenerator 3 in Reaktion auf die vom Temperatursensor TS1 gemessene Temperatur arbeitet, kann entweder ein abrupter massiver Verbrauch des Heißwassers, der aus dem Bedarf an Wärme resultiert, die gleichzeitig aus sowohl der Heißwasserversorgungseinheit 21 als auch dem Heizungssystem 24 abgegeben wird, oder das Starten des Systems die Temperatur des Heißwassers im Heißwasseraufbewahrungstank 17 dazu veranlassen, auf einen so niedrigen Grad abzufallen, wie der des zugeführten kalten Wassers.
In dem Fall, dass die Bezugstemperatur des Heißwassers im Heißwasseraufbewahrungstank 17 mit der vom Motor 2 aufgenommenen Wärme kann beibehalten wird, funktioniert der Wiedererhitzungsboiler 25 effektiv. Die Heißwassersteuerung 30 versieht den Wiedererhitzungsboiler 25 und das Dreiwegeventil 26 mit einem Befehl „B" zum Wiedererhitzen bzw. einem Befehl „T" zum Umschalten. Die Heißwassersteuerung 30 ist mit einer unteren Bezugstemperatur Tref-11 voreingestellt, die niedriger als die Bezugstemperatur Tref-1 ist, und wenn die Temperatur T1 des Heißwassers im Heißwasseraufbewahrungstank 17 unter die untere Bezugstemperatur Tref-11 fällt, führt sie den Wiedererhitzungsbefehl „B" und den Umschaltbefehl „C" aus. Wenn der Wiedererhitzungsbefehl „B" gegeben wird, nimmt der Wiedererhitzungsboiler 25 den Betrieb auf. Wenn der Umschaltbefehl „C" gebeben wird, schaltet das Dreiwegeventil 26 seinen Durchgang auf den Bypass 28 um. Dementsprechend zirkuliert das vom Wiedererhitzungsboiler 25 erwärmte Heißwasser durch die Leitung 23 und erhöht die Temperatur des Heißwassers im Heißwasseraufbewahrungstank 17 über den zweiten Wärmetauscher 22.
Wenn die Temperatur des Heißwassers im Heißwasseraufbewahrungstank 17 die untere Bezugstemperatur Tref-L übertrifft werden der Wiedererhitzungsbefehl „B" und der Umschaltbefehl „C" abgeschaltet, um den Betrieb des Wiedererhitzungsboilers 25 zu stoppen und das Dreiwegeventil 26 auf das Heizungssystem 24 zum Betrieb der Heizung umzuschalten. Die untere Bezugstemperatur Tref-L kann eine Hysterese analog jener der Bezugstemperatur Tref-1 aufweisen.
Wie oben erwähnt, wenn das Dreiwegeventil 26 auf den Bypass 28 umgeschaltet wurde, und auf den Bedarf an Heißwasserzufuhr reagierte, stoppt die Zufuhr des Heißwassers an das Heizungssystem 24. Wenn der Bedarf an der Heißwasserversorgungseinheit 21 das Heißwasser zu einem Bad oder einer Küche leiten soll, wird eine solche Zufuhr selten für eine längere Zeit fortgeführt und daher findet das Stoppen der Heißwasserzufuhr an das Heizungssystem auch innerhalb von nur Minuten statt. Dementsprechend bleibt auch der Zeitraum des Anhaltens der Heißwasserzirkulation an das Heizungssystem 24 kurz. Andererseits ist bei dem Heizsystem 24, das als thermische Last wirkt, die Variation im Wärmebedarf eher moderat, sobald die Temperatur in dem zu heizenden Raum auf ihr gewünschtes Niveau angestiegen ist. Da dementsprechend die Temperatur im Raum mit dem Anhalten der Heißwasserzirkulation selten auf extrem niedrige Werte abfällt, ist es unwahrscheinlich, dass irgendein Problem in der Praxis auftritt.
Wenn darüber hinaus der Wärmebedarf am Heizungssystem 24 ansteigt, wird der Wiedererhitzungsboiler 25 angeschaltet, wobei das Dreiwegeventil 26 auf das Heizungssystem 24 umgeschaltet wird, um so auf einfache Weise das Heizungssystem 24 mit einer ausreichenden Zufuhr an Heißwasser zu versorgen. Ein Anstieg im Wärmebedarf des Heizungssystems 24 kann auf Grundlage einer im Heizungssystem 24 voreingestellten erwünschten Temperatur bestimmt werden. Es ist auch möglich, dass das Dreiwegeventil 26 beim Öffnen variabel ist, um mindestens einen Teil des Heißwassers in der Leitung 23 zum zweiten Wärmetauscher 23 zurückzuführen, anstatt den gesamten Fluss des Heißwassers mit dem Dreiwegeventil 26 umzuschalten.
Wenn beim Abgaswärmetauscher 9 die Temperatur des Abgases auf einen Wert unterhalb des Taupunkts W der Bestandteile des Abgases eingestellt wird, wobei eine Abgastemperaturmessvorrichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass vorgesehen ist, kann die Rückgewinnung der Kondensationswärme mit einer höheren Effizienz durchgeführt werden. 3 veranschaulicht eine Änderung in der Temperatur des Wärmetransfermediums zwischen dem Einlass des Abgaswärmetauschers 9 und dem Zylinderkopf 6. Wie gezeigt ändert sich die Temperatur des Wärmetransfermediums wie durch die Kurve Lm0 bezeichnet, während die Temperatur des Abgases sich wie durch die Kurve Lg0 bezeichnet ändert. Der Abgaswärmetauscher 9 ist ein Gegenfluss-Typ, wo das Wärmetransfermedium und das Abgas in entgegengesetzte Richtungen zueinander fließen. In der Figur sind die Flussrichtungen des Wärmetransfermediums und des Abgases einander entgegengesetzt.
Das Abgas mit einer Temperatur g am Auslass des Wärmetransfermediums oder am Abgaseinlass des Abgaswärmetauschers 9 fällt auf ein Niveau g' ab, das niedriger als sein Taupunkt W am Einlass des Wärmetransfermediums oder dem Abgasauslass des Abgaswärmetauschers 9 ist. Das in den Abgaswärmetauscher 9 eingeführte Wärmetransfermedium wiederum entzieht dem Abgas Kondensationswärme und seine Temperatur wird innerhalb eines kurzen Zeitraums von a auf a' stark erhöht. Ein Gradient des Temperaturanstiegs (a – a') des Wärmetransfermediums durch den Abgaswärmetauscher 9 hindurch hängt größtenteils von der Flussmenge und der Anfangstemperatur (a) des Wärmetransfermediums ab. Je größer der Fluss des Wärmetransfermediums oder je geringer die Anfangstemperatur des Wärmetransfermediums, desto schärfer ist der Gradient.
Während eines Wärmetransfers vom Abgas mit einer Temperatur größer als der Taupunkt W, wird die Temperatur des Wärmetransfermediums mäßig von a' auf c unter einem weniger scharfen Gradienten als jenem des Anstiegs von a auf a' erhöht. Das Wärmetransfermedium mit einer erhöhten Temperatur von c nimmt weiter Wärme aus der Motorkühleinheit des Motors 2 auf und wird dann aus der Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einer auf f angestiegenen Temperatur ausgestoßen, wodurch sich eine Temperaturdifferenz Δt3 ergibt.
Zum effizienten Rückgewinnen von Wärme aus dem Abgas mittels eines Transfers der Kondensationswärme der Bestandteile des Abgases ist es erwünscht, den Fluss und/oder die Temperatur des Wärmetransfermediums auf ein solches Niveau zu steuern, dass die Temperatur des aus dem Abgaswärmetauscher 9 abgegebenen Abgases unter dem Taupunkt W bleibt. Wenn die Anfangstemperatur des Wärmetransfermediums am (Einlass vom) Abgaswärmetauscher 9 auf ein festes Niveau festgelegt wird, wird die Effizienz der Wärmeübertragung aus dem Abgas erhöht, wenn der Fluss des Wärmetransfermediums groß ist. Wenn der Fluss kleiner ist, wird die Effizienz der Wärmerückgewinnung aus dem Abgas verringert. Sobald die von der thermischen Last benötigte Temperatur oder die Größe der thermischen Last bestimmt wurde, wird eine Zielflussmenge des Wärmetransfermediums in Kombination mit der einer Größe der thermischen Last entsprechenden Temperatur des Wärmetransfermediums voreingestellt, sodass die Temperatur des Abgases niedriger als der Taupunkt W bleibt. Die Zielflussmenge kann durch Experimente berechnet werden. Die berechnete Zielflussmenge kann realisiert werden, indem die Umdrehungen der Wasserpumpe 10 gesteuert werden.
Wenn die benötigte Temperatur oder die Zieltemperatur der thermischen Last zu hoch ist, kann jene Temperatur mit der Zielflussmenge des Wärmetransfermediums nicht erreicht werden, welche so bestimmt wird, dass die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W bleibt. Zur Kompensierung soll der Fluss des Wärmetransfermediums reduziert werden, um seine Temperatur am Eingag des Wärmetauschers 9 zu erhöhen und dadurch die Wiedergewinnung der Kondensationswärme zu verringern. Selbst in jenem Fall ist es erwünscht, dass die Dauer des gesamten Betriebs der Vorrichtung einen längeren Betriebszeitraum beinhaltet, in welchem die Zielflussmenge des Wärmetransfermediums, die so bestimmt ist, dass die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W bleibt.
Alternativ, wenn der Fluss des Wärmetransfermediums 2 auf eine feste Rate festgelegt wird, kann die Temperatur des Abgases auf unter den Taupunkt W gesenkt werden, indem seine Eingangstemperatur eingestellt wird. Zuerst wird ein Bezugsniveau Tw der Eingangstemperatur bestimmt, sodass die Temperatur des Abgases unter der des Taupunkts W bleibt. Wenn die Eingangstemperatur das Bezugsniveau Tw überschreitet und die Effizienz der Wärmerückgewinnung verringert wird, wird der Motor 2 angehalten. Wenn der Motor 2 angehalten hat und die Eingangstemperatur auf einen geringeren Wert als das Bezugsniveau Tw abfällt, wird der Motor 2 wieder gestartet. Auf diese Weise kann die Eingangstemperatur des Wärmetransfermediums auf dem Bezugsniveau Tw gehalten werden, wodurch die Rückgewinnung von Wärme mit einer höheren Effizienz ermöglicht wird. Bevorzugt ist ein Temperatursensor zur Messung der Eingangstemperatur am Einlass des Abgaswärmetauschers 9 vorgesehen. Alternativ kann der Temperatursensor auf dem Zirkulationsweg des Wärmetransfermediums an der stromaufwärts gelegenen Seite der Wasserpumpe 10 oder nahe vor oder hinter dem Zylinderkopf 6 angebracht sein.
Das Starten und Stoppen des Motors 2 kann gesteuert werden, indem ein Bezugsniveau Tref-1 der Temperaturinformation T1 bestimmt wird. Insbesondere wird das Verhältnis zwischen der Eingangstemperatur und der Temperaturinformation T1 des Wärmetransfermediums vorbestimmt und zum Festlegen des Bezugsniveaus Tref-1 in Bezug auf das Bezugsniveau Tw verwendet. Wenn der Motor 2 in Abhängigkeit davon startet und stoppt, ob die Eingangstemperatur niedriger als das Bezugsniveau Tref-1 der Temperaturinformation liegt, kann die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W gehalten werden.
Wenn das bei einer höheren thermischen Last erforderliche Temperaturniveau nicht erreicht werden kann, wobei die Bezugstemperatur Tw des Wärmetransfermediums so bestimmt wird, dass die Temperatur des Abgases niedriger als der Taupunkt W ist, kann das erforderliche Temperaturniveau kaum erhalten werden. In diesem Fall wird das Bezugsniveau Tw der Eingangstemperatur des Wärmetauschmediums relativ hoch eingestellt, um solch ein Temperaturniveau zu erhalten. Solch ein angehobener Wert der Bezugstemperatur Tw sollte durch Experimente bestimmt werden, vorausgesetzt, dass der Bedarf an der thermischen Last befriedigt wird, ohne im wesentlichen die Effizienz des Wärmetransfers während der Betriebsdauer zu erniedrigen, die einen Zeitraum beinhaltet, in welchem die Temperatur des Abgases höher als der Taupunkt W gehalten wird. Dasselbe kann resultieren, wenn das Timing des Startens und Stoppens des Motors 2 gesteuert wird, indem die Hysterese der Bezugstemperatur Tref-1 eingestellt wird.
Im dem Fall, dass ein Heißwassertank 17 vorgesehen ist, ist es erwünscht, die Temperatur des Heißwassers im Tank 17 auf einem besonderen Niveau zu halten, das dem Bedarf an der thermischen Last entspricht. Unter der Annahme, dass der Betrieb des Motors 2 gestoppt wird, wenn die vom Temperatursensor TS1 erhaltene Temperaturinformation T1 höher als das Bezugsniveau Tref-1 liegt, kann der Fluss des Wärmetransfermediums unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen des Motors 2 bestimmt werden. Insbesondere wenn die Steuerung des Startens und Stoppens des Motors 2 fortfährt, die Temperatur des Heißwassers gleich dem Bezugsniveau Tref-1 zu halten, wird das Ergebnis der Betriebsbedingungen verwendet, um die Menge an Abwärme, die vom Motor 2 abgegeben wurde, durch Experimente zu berechnen, und der Fluss des Wärmetransfermediums relativ zur Menge der Abwärme wird so bestimmt, dass die Temperatur auf einem Niveau bleibt, das das Bezugsniveau Tw nicht überschreitet. Während dementsprechend der Fluss festgelegt ist, kann die Temperatur des Wärmetransfermediums durch Ein- und Ausschalten des Motors 2 auf dem Bezugsniveau Tw gehalten werden, wodurch es der Temperatur des Abgases erlaubt wird, unter dem Taupunkt W zu liegen.
In dem Fall, dass die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W auf Grundlage der Temperatur des Wärmetransfermediums gehalten wird, wie in dem Fall, dass die Temperatur des Abgases auf der Grundlage des Flusses des Wärmetransfermediums unter dem Taupunkt W gehalten wurde, ist es erwünscht, die Temperatur des Wärmetransfermediums so zu bestimmen, dass der gesamte Betrieb einen längeren Zeitraum beinhaltet, in dem die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W bleibt.
Die Art der Steuerung ist nicht auf den Fall beschränkt, in welchem der Fluss und/oder die Temperatur des Wärmetransfermediums gesteuert wird, während der andere fixiert ist, kann jedoch durchgeführt werden, wenn sowohl der Fluss als auch die Temperatur variabel sind. Kurz gesagt kann die thermische Energie des in den Abgaswärmetauscher 9 einzuführenden Wärmetransfermediums günstig auf ein solches Niveau geregelt werden, dass der Wärmetransfer vom in den Abgaswärmetauscher 9 eingeführten Abgas am effizientesten durchgeführt wird, während der Bedarf an der thermischen Last befriedigt wird.
Es kann auch möglich sein, die Temperatur des Abgases direkt zu messen und die Temperatur und den Fluss des Wärmetransfermediums so zu bestimmen, dass die Temperatur des Abgases auf ein Referenzniveau konvergiert, anstatt die Temperatur und den Fluss des Wärmetransfermediums zu messen und auf ihre Referenzniveaus zu regeln, um die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W zu halten. In jenem Fall sind Temperatursensoren zum Messen der Temperatur des Abgases am Abgaswärmtauscher 9 und an der stromaufwärts oder stromabwärts gelegenen Seite desselben vorgesehen (bevorzugt neben dem Auslass des Abgases).
Wie beschreiben werden der Fluss und die Temperatur des Wärmetransfermediums am Eingang des Abgaswärmetauschers 9 geregelt, um die Temperatur des Abgases unter dem Taupunkt W im Abgaswärmetauscher 9 zu halten, wodurch die Effizienz der Übertragung der Kondensationswärme aus dem Abgas auf das Wärmetransfermedium erfolgreich erhöht werden kann. Schließlich ist der Temperaturanstieg (eine Temperaturdifferenz Δt3) des Wärmetransfermediums aufgrund der aufgenommenen Wärme größer als jener der in 5 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung. Insbesondere, wenn die Temperatur des in den Abgaswärmetauscher 9 einzuführenden Wärmetransfermediums unter dem Taupunkt W des Abgases liegt, wird der obige Effekt verstärkt, indem das Wärmetransfermedium in den Abgaswärmetauscher 9 vor der Motorkühleinheit eingeführt wird.
Obwohl der Abgaswärmetauscher 9 der Ausführungsform ein Gegenlaufwärmetauscher ist, kann er mit demselben Erfolg als Parallelflusstyp implementiert werden. 4 veranschaulicht ein Temperaturprofil des Wärmetransfermediums zwischen dem Einlass des Abgaswärmetauschers 9 des Parallelflusstyps und dem Zylinderkopf 6. Die Temperatur des Wärmetransfermediums ändert sich, wenn sie am Eingang des Abgaswärmetauschers 9 niedriger als der Taupunkt W des Abgases ist, wie von der Kurve Lm1 bezeichnet, während die Temperatur des Abgases variiert, wie von der Kurve Lg1 bezeichnet ist.
Wie gezeigt wird das Wärmetransfermedium mit einer Temperatur a in den Abgaswärmetauscher 9 eingeführt und entzieht Wärme aus dem Abgas mit einer Temperatur g, wodurch allmählich die Temperatur des Abgases abnimmt. Wenn die Temperatur des Abgases unter seinen Taupunkt W abfällt (das Wärmetransfermedium auf eine Temperatur b aufgeheizt wurde), werden die Bestandteile des Abgases kondensiert, wodurch Kondensationswärme freigelassen wird und die Temperatur des Wärmetransfermediums unter einem scharfen Gradienten angehoben wird (durch die Linie bc bezeichnet). Schließlich kann die Temperaturdifferenz Δt3' erzielt werden. Ähnlich wie beim Gegenflusstyp wird der Gradient durch den Fluss und die Temperatur (auf dem Niveau a) des in den Abgaswärmetauscher 9 einzuführenden Wärmetransfermediums bestimmt. Je größer der Fluss oder je niedriger die Temperatur des Wärmetransfermediums, desto schärfer wird der Gradient. Dies wird ebenso nicht nur mit Parallelfluss- oder Gegenfluss-Wärmetauschern erzielt, sondern auch durch einen senkrecht-Wärmetauscher oder deren Abwandlungen.
In der Ausführungsform wird auch ein Ölwärmetauscher 5 eingesetzt, um die Wärme aus dem Öl in der Ölpfanne 4 wiederzugewinnen. Dies ist insbesondere effektiv, wenn die Temperatur des Wärmetransfermediums nur schwer erhöht werden kann, wie z.B. in sehr kalten Regionen. Während der Ölwärmetauscher es ermöglicht, die Temperatur des Öls effektiv zu verringern, kann er abhängig von den Bedingungen des Installationsorts weggelassen werden.
Wie oben beschrieben, erlauben es die in den Ansprüchen 1 bis 10 definierten Merkmale, die im Motor erzeugte Wärme effizient auf das Wärmetransfermedium zu übertragen. Insbesondere ist der Abgaswärmetauscher an der stromaufwärts gelegenen Seite der Motorkühleinheit angeordnet, was es dem Wasserdampf im Abgas erlaubt, leicht durch die Wirkung des Wärmetransfermediums mit einer relativ geringen Temperatur zu kondensieren, und auch um die Rückgewinnung der Kondensationswärme zu fördern.
Entsprechend den in den Ansprüchen 3 bis 6 definierten Merkmalen wird die Kondensationswärme rückgewonnen, wobei der Wasserdampf im Abgas unter seinem Taupunkt bleibt, was teilweise einen Betriebszeitraum erlaubt, bei dem die Temperatur und/oder der Fluss des Wärmetransfermediums geeignet kontrolliert werden. Dies wird die Temperatur des Wärmetransfermediums erhöhen, während die Effizienz der Wärmerückgewinnung vergrößert wird.
Entsprechend dem in Anspruch 9 definierten Merkmal wird Wärme aus dem Motoröl wiedergewonnen, dessen Temperatur durch den Betrieb des Motors erhöht wird. Die thermische Energie dieser Wärme ist gering im Vergleich mit der thermischen Energie, die direkt vom Hauptkörper des Motors oder vom Abgas übertragen wird. Der Temperaturanstieg des Wärmetransfermediums aufgrund dieser Wärme wird ein Minimum sein. Als Ergebnis kann die Wärmerückgewinnungseffizienz erhöht werden, ohne die Rückgewinnung der Kondensationswärme zu beeinträchtigen, und das Motoröl kann effektiv abgekühlt werden. Entsprechend dem in Anspruch 10 definierten Merkmal kann die Lebensdauer der Pumpe zur Zirkulation des Wärmetransfermediums verlängert werden.

Claims

Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem Zirkulationsweg (12) für die Zirkulation eines Wärmetransfermediums durch eine Motorkühleinheit (6A) und einen Abgaswärmetauscher (9) für die Verwendung des Abgases aus einem Motor, einer Leitung (18), welche die Ausgangsseite des Zirkulationswegs mit einem Ausgangswärmetauscher verbindet, und eine Kontrollvorrichtung (29), wobei der Abgaswärmetauscher (9) auf dem Zirkulationsweg (12) an einer stromaufwärts gelegenen Seite der Motorenkühleinheit (6A) angeordnet ist, und die Kontrollvorrichtung geeignet ist, das in den Abgaswärmetauscher einzuführende Wärmetransfermedium so zu kontrollieren, dass seine Temperatur niedrig genug ist, um eine Temperatur des in dem Abgas enthaltenen Wasserdampfes, von welchem Wärme auf das Wärmetransfermedium übertragen wird, bis unter seinen Taupunkt abzusenken.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperatur und/oder die Flussrate des Wärmetransfermediums von der Kontrollvorrichtung kontrolliert wird, sodass die Temperatur des Wasserdampfs im Abgas niedriger als dessen Taupunkt in dem Abgaswärmetauscher während der Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas bleibt.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Abgastemperatur-Messvorrichtung zum Messen der Temperatur des Abgases, wobei die Kontrollvorrichtung geeignet ist, die Temperatur und/oder die Flussrate des Wärmetransfermediums auf der Grundlage der von der Abgastemperaturmessvorrichtung gemessenen Temperatur des Abgases so zu kontrollieren, dass die Dauer der Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas einen Zeitraum beinhaltet, in welchem die Temperatur des Wasserdampfes im Abgas niedriger als dessen Taupunkt in dem Abgaswärmetauscher (9) bleibt.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des Abgases innerhalb oder in der Nähe des Abgaswärmetauschers (9) gemessen wird.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur des Wärmetransfermediums auf halber Strecke des Zirkulationswegs, wobei: die Kontrollvorrichtung geeignet ist, die Temperatur und/oder die Flussrate des Wärmetransfermediums auf der Grundlage der von der Temperaturmessvorrichtung des Wärmetransfermediums gemessenen Temperatur des Wärmetransfermediums so zu steuern, dass die Dauer der Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas einen Zeitraum beinhaltet, in welchem die Temperatur des Wasserdampfes im Abgas niedriger als dessen Taupunkt im Abgaswärmetauscher (9) bleibt.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Vorrichtung (TS1, TS2) zum Messen der Größe einer mittels des Ausgangs des Wärmetauschers (20) zugeschalteten thermischen Last, wobei die Kontrollvorrichtung geeignet ist, die Temperatur und/oder die Flussrate des Wärmetransfermediums auf der Grundlage der von der Messvorrichtung (TS1, TS2) der thermischen Last gemessenen Größe der thermischen Last so zu kontrollieren, dass die Dauer der Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas einen Zeitraum beinhaltet, in welchem die Temperatur des Wasserdampfs im Abgas niedriger als dessen Taupunkt im Abgaswärmetauscher (9) bleibt.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Temperatur des Wärmetransfermediums kontrolliert wird, indem der Motor auf der Grundlage der Größe der thermischen Last gestartet und gestoppt wird.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Pumpe (10) zur Zirkulation des Wärmetransfermediums durch den Zirkulationsweg (12), wobei die Pumpe an einer stromaufwärts gelegenen Seite des Einlasses des Abgaswärmetauschers (9) auf dem Zirkulationsweg (12) vorgesehen ist.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: einen Ölwärmetauscher (5) für den Transfer von Wärme aus dem Motoröl auf das Wärmetransfermedium, wobei der Ölwärmetauscher (5) auf halber Strecke des Zirkulationswegs (12) an der stromaufwärts gelegenen Seite des Abgaswärmetauschers (9) vorgesehen ist.
Motorabwärme-Rückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 9, weiter umfassend: eine Pumpe (10) zur Zirkulation des Wärmetransfermediums durch den Zirkulationsweg, wobei die Pumpe in der Nähe des Einlasses des Ölwärmetauschers (5) auf dem Zirkulationsweg vorgesehen ist.