[0001] Die Erfindung betrifft ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem basierend auf dem Prinzip
der Thermoakustik
[0002] Stand der Technik sind Kraft-Wärme-Kopplungssysteme mit Otto-, Stirling-, Rankine-,
Diesel-, Wankelmotor oder Brennstoffzelle oder Turbine.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines alternativen Kraft-Wärme-Kopplungssystems
mit hoher elektrische Effizienz sowie hoher Gesamteffizienz, keinen oder wenigen bewegten
Teilen.
[0004] Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
[0005] Die Lösung hat den Vorteil einer hohen elektrischen Effizienz sowie hohen Gesamteffizienz,
keiner Bewegten Teile (bis auf mechanische Auskopplung), keiner Wartung, kompaktem
Aufbau mit hoher Leistungsdichte und hoher Modulationsbandbreite.
[0006] Die Erfindung wird nun anhand der Figur detailliert erläutert.
[0007] Ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem bestehend aus einem thermoakustischen Motor, welcher
sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass zum Antrieb thermische Energie an einer
oder mehreren Stirnfläche eines oder mehreren Regenerators(en) eingebracht und an
einer oder mehreren anderen Stirnfläche desselben Regenerators thermische Energie
ausgebracht wird, besteht aus Peripheriekomponenten zur Brennstoff und Luftversorgung,
Komponenten zur Wärmeauskopplung und Wärmeeinkopplung, Komponenten zur Verbrennung
von Brennstoff, Komponenten zum Medientransport, Komponenten zum Anschluss an vorhandene
Medien, Rohre und Anschlüsse, Komponenten zur Regelungstechnik und Steuerungstechnik
des Systems, Komponenten zur Verbindung, ein oder mehrere Gehäuse sowie Komponenten
zur Wärmeisolierung.
[0008] Der Thermoakustische Motor arbeitet nach dem Prinzip der Thermoakustik. Über den
Termpaturgradienten innerhalb des Regenerators erfolgt die Erhöhung der Amplitude
einer durch das System bedingten akustischen Welle in einem mit druckbeaufschlagten
Mediums in einem geschlossenen Kreisprozess. Diese akustische Welle wird anschließend
durch ein in Schwingung versetztes Bauteil zunächst in mechanische und anschließend
in elektrische Energie transferiert. Dazu kann beispielsweise ein Lineargenerator,
Piezokristalle oder ein Kurbelwellengenerator genutzt werden.
[0009] Mit einem Brenner - dies kann beispielsweise ein Vormischbrenner oder Diffusionsbrenner
mit oder ohne Rekuperation, mit oder ohne Vergaser - wird ein Brennstoff und Luft
- dies kann auch ein Medium mit einem Sauerstoffanteil sein- verbrannt, wobei die
entstehende Wärme in einem Wärmeübertrager auf die Stirnseite(n) eines oder mehrerer
Regeneratoren übertragen wird. Das Abgas wird entweder zur Vorwärmung des Brennstoffs
und / oder der Luft oder in einem nachgeschalteten Abgaswärmeübertrager weiter gekühlt.
Der Wärmeaustrag erfolgt ebenfalls durch einen Wärmeübertrager an ein oder mehreren
Stirnflächen des/der Regenerators(en), wobei ein Medium im Gleich- und/oder Gegen-
und/oder Kreuzstrom entgegen zur akustischen Welle thermische Energie aufnimmt. Anschließend
wird das Medium durch eine Einrichtung zur Medientransport weiter befördert und entweder
in einem Wärmeübertrager auf die zu beheizenden Räume übertragen und/oder in einem
Speicher bevorratet und/oder in weitere Wärmeübertrager desselben oder anderer Apparate
geleitet. Dabei können Ventile und Einrichtung zur Verteilung und Zusammenführung
unterschiedlicher Medienströme beinhaltet sein. Eine Regelung- und Steuerungseinrichtung
regelt Brennerleistung, Generator, Medientransport zum Einstellen verschiedener Betriebseinstellungen.
Durch Verringerung der Brennstoffbelastung wird die Amplitude der akustischen Welle
verringert. Durch Erhöhung der Brennstoffbelastung wird die Amplitude der akustischen
Welle verringert. Mit der Impendanz des Generators kann die Eigenschaft der akustischen
Welle (Frequenz und Amplitude), sowie die elektrische Abgabe (Frequenz, Spannung und
Stromstärke) verändert werden. In einem Wechselrichter oder Gleichrichter wird die
elektrische Leistung zur Versorgung von Lasten auf ein vorgegebenes Spannungsniveau
(zB. Wechselstrom für Haushalte in Deutschland 230V mit 50Hz) gebracht.
Bezugszeichenliste
[0010]
- 1
- Thermoakustischer Motor
- 2
- Regenerator
- 3
- Wärmeübertrager zur Wärmeabnahme
- 4
- Wärmeübertrager zum Wärmeeintrag
- 5
- mechanische Energieauskopplung
- 6
- Verbindung
- 7
- Brenner
- 8
- Gas
- 9
- Luft (oder anderes Medium mit Sauerstoffanteil)
- 10
- Rücklauf
- 11
- Vorlauf
- 12
- Abgas
1. Kraft-Wärme-Kopplungssystem umfassend einen thermoakustischen Motor dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb thermische Energie an einer oder mehreren Stirnfläche von einem oder
mehreren Regeneratoren eingebracht und an einer oder mehreren anderen Stirnfläche
desselben Regenerators thermische Energie ausgebracht wird.
