DE102012214732A1

DE102012214732A1 - Blockheizkraftwerk für elektrischen Strom

Info

Publication number: DE102012214732A1
Application number: DE102012214732A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Holmes; Edward D. Tate jun.; George M. Claypole; Constantine Nick Raptis; Michael Andrew Miller
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20130047616A1

Abstract

Ein Blockheizkraftwerk umfasst eine Maschine, eine Motor/Generator-Einheit (MGU), die durch die Maschine mit Leistung beaufschlagt wird, einen Kompressor, der durch die MGU mit Leistung beaufschlagt wird, und einen Wärmespeichertank. Das Kraftwerk umfasst ferner einen Maschinenkühlmittelkreis, der die Maschine in thermischer Verbindung mit dem Tank setzt, und einen Dampfkreis, der Kühlmittel von dem Kompressor umwälzt. Eine Lüftungsanlage tauscht Wärme zwischen dem Maschinenkühlmittelkreis und dem Dampfkreis aus. Ein Controller ist ausgestaltet, um die Maschine, die MGU, den Kompressor und die Lüftungsanlage, alleine oder in Kombination, zu steuern und somit Luft, die einem Gebäude zugeführt wird, und Wasser in dem Tank zu erwärmen oder zu kühlen und zumindest eine zusätzliche Einrichtung, wie etwa eine Batterie eines Elektrofahrzeugs (EV), selektiv über die MGU zu laden. Das Kraftwerk kann zwei Kraftanlagen umfassen, wobei eine, zum Beispiel ein EV oder ein tragbares Modul, die Maschine und einen ersten Maschinenkühlmittelkreis aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Blockheizkraftwerk für elektrischen Strom, d. h. ein Kraftwerk, das unterschiedliche Energiequellen verwendet, um mehrere Teilsysteme mit Strom zu versorgen.
HINTERGRUND
Kraft-Wärme-Kopplung kann verwendet werden, um den Wirkungsgrad verschiedener elektrischer Teilsysteme zu verbessern, wie etwa die Vielfalt von elektrisch betriebenen Geräten, die in einem typischen Wohnhaus oder gewerblichen Gebäude verwendet werden. Eine Wirkungsgradverbesserung wird erzielt, indem die Abwärme aus der Erzeugung der erforderlichen Elektrizität aufgefangen und verwendet wird. Das heißt, ein Teil der Energie in jedem Brennstoff, der verwendet wird, um Wärme für ein Haus oder Gebäude bereitzustellen, wird durch eine Maschine und einen Generator in die Produktion von Elektrizität umgelenkt. Zum Beispiel kann man eine Brennkraftmaschine und einen elektrischen Generator verwenden, um ein Teil der elektrischen Energie, die erforderlich ist, um ein Gebäude zu versorgen, zu erzeugen, und die durch die Maschine erzeugte Wärme dazu verwenden, das Gebäude zu heizen. Der Rest der erforderlichen elektrischen Energie kann durch Anschluss an das Stromnetz oder durch andere Vorrichtungen, wie etwa Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen und so weiter bereitgestellt werden. Gleichermaßen kann der Rest der erforderlichen Heizenergie durch andere Einrichtungen, wie etwa Solarthermieanlagen, bereitgestellt werden.
Die Verwendung eines Blockheizkraftwerks erlaubt es einem Benutzer, zumindest einen Teil seiner eigenen elektrischen Energie vor Ort zu erzeugen. Dies kann eine besonders attraktive Option für Nutzer von Elektrizität sein, die an abgelegenen Orten leben oder arbeiten, oder in geographischen Gebieten, die für periodische Stromausfälle oder Spannungsabsenkungen anfällig sind. Andere Nutzer von Elektrizität können aus Gründen der Stromkosten Bedenken hegen, sich nur auf einen einzigen Energieversorger zu verlassen. In Gebieten, die Energie verbrauchen, die primär über Kohle verbrennende Kraftwerke erzeug wird, kann die Verwendung eines Blockheizkraftwerks helfen, das Niveau an Kohlendioxidemissionen in Bezug auf die ausschließliche Verwendung elektrischen Stroms, das aus dem Netz geliefert wird, zu vermindern.
ZUSAMMENFASSUNG
Hierin ist ein Blockheizkraftwerk offenbart. In seinen verschiedenen Ausführungsformen lenkt das vorliegende Kraftwerk selektiv ansonsten vergeudete Brennstoffwärmeenergie von einer großen Gas verbrauchenden Maschine, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine oder Brennstoffzelle, für andere nützliche Verwendungen um. Derartige Verwendungen können das Laden eines Batteriemoduls umfassen. In manchen Ausführungsformen kann ein solches Batteriemodul ein Hochspannungsenergie-Speichersystem (ESS) von dem Typ aufweisen, der verwendet wird, um einen elektrischen Traktionsmotor eines Elektrofahrzeugs (EV) mit Leistung zu beaufschlagen. Die Ladefunktion einer Batterie eines EV, eines EV mit verlängerter Reichweite oder eines Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeugs wird gewöhnlich durch Anschluss an das Stromnetz bewerkstelligt, wenn das Fahrzeug ruht.
Die Leistungslast einer typischen EV-Batterie übersteigt die Ausgangsleistung eines herkömmlichen Blockheizkraftwerks um ein Vielfaches. Derartige Kraftwerke sind gewöhnlich in der Größenordnung von annähernd 1 kW elektrischer Ausgangsleistung bemessen, um dem Heizbedarf und einem Teil des gesamten elektrischen Bedarfs für ein übliches Haus nachzukommen, aber eine EV-Batterie muss gewöhnlich mit Leistungsniveaus zwischen etwa 3 kW und 7 kW oder mehr aufgeladen werden. Die begrenzte Kapazität und verschiedene andere Konstruktionseinschränkungen von herkömmlichen Blockheizkraftwerken kann die Typen von Funktionen, die unterstützt werden können, einschränken.
Andere Nicht-EV-Unterstützungsszenarien können Leistungslasten darstellen, die mit denen einer EV-Batterie vergleichbar sind. Zum Beispiel kann ein Haushalt gleichzeitig mehrere Fernseher, Föne, Mikrowellengeräte und/oder andere Haushaltsgeräte mit hoher Wattzahl zu verschiedenen Zeiten in einen typischen Tag verwenden. Eine zentrale Klimaanlage ist eine weitere, relativ große, elektrische Last. Wohnhäuser, die auf herkömmlichen Blockheizkraftwerken mit einer Kapazität von etwa 1 kW oder weniger beruhen, müssen daher während Zeiten eines elektrischen Spitzenverbrauchs noch stark auf Netzenergie zurückgreifen.
In dem vorliegenden Kraftwerk wird ein nicht umgelenkter Energiestrom dazu verwendet, die Luft- und/oder Wasserversorgung eines Gebäudes zu beheizen. Anstatt dass er in einem Ofenbrenner verbraucht wird, wird der Kraftstoff durch eine Wärmekraftmaschine verbraucht. Die Wärmekraftmaschine wandelt etwas von dem Brennstoff in Wärme zum Heizen für das Gebäude um, lenkt aber auch etwas von dem Brennstoff in die Produktion mechanischer Leistung um. Bei verschiedenen Beispielausführungsformen, und wie es oben angeführt ist, kann die Maschine eine große Erdgas/Propan-Gas-Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle sein. Die Maschine lenkt ihre Abwärme zu dem Gebäude wie notwendig um, um im Wesentlichen die gesamten erforderlichen Raumheiz- und Wasserheizfunktionen in dem Gebäude vorzunehmen.
Zusätzlich kann die Maschine dazu verwendet werden, eine EV-Batterie selektiv aufzuladen, oder zu anderen Zwecken, etwa um zentrale Klimatisierungsfunktionen in dem Gebäude mit Leistung zu beaufschlagen. Nur der Betrag an Energie, der tatsächlich in Nutzarbeit umgewandelt wird, wird aus dem Gesamtenergiestrom heraus umgelenkt. Mit anderen Worten ist der Betrag an zusätzlichem Brennstoff, der in die Maschine oberhalb eines Schwellenniveaus eingespeist wird, das für die Klimatisierung des Gebäudes erforderlich ist, gleich dem Energiewert jeglicher Nutzarbeit, wodurch ein Prozess mit nahezu 100% Wirkungsgrad bereitgestellt wird.
Insbesondere umfasst ein Blockheizkraftwerk, wie es hierin offenbart ist, eine Gasmaschine, eine Motor/Generator-Einheit (MGU) und einen Kornpressor, der in Reihe mit der MGU geschaltet ist. Das Kraftwerk umfasst auch einen Kühlmittelkreis, einen Wärmespeicher/Heißwassertank in Verbindung mit der Maschine über den Kühlmittelkreis und einen Dampfkreis zum Erwärmen oder Kühlen von Luft innerhalb des Gebäudes. Die letztere Funktion kann eine zentrale Klimatisierungs- und eine optionale Heizpumpenfunktion für ein Gebäude vorsehen, wie es hierin erläutert wird.
Ein Controller steht mit der Maschine, der MGU und dem Kompressor in elektrischer Verbindung. Der Controller ist ausgestaltet, um Betriebszustände der Maschine, der MGU, des Kompressors und einem oder mehreren Wärmetauschern, Pumpen, Kupplungen und/oder anderen Komponenten des Kraftwerks, entweder alleine oder in Kombination, zu steuern, um eine Versorgung von Luft in dem Gebäude und/oder dem Wasser, das in dem Heißwassertank enthalten ist, zu erwärmen oder zu kühlen. Der gleiche Controller kann eine zusätzliche Vorrichtung, z. B. eine Batterie, über die MGU selektiv aufladen, die wiederum selektiv durch den Maschine mit Leistung beaufschlagt wird.
Die zentrale Klimatisierungsfunktion kann direkt über die Maschine unter Verwendung einer Erdgas- oder Propangasleitung laufen, oder sie kann aus dem Netz mit Leistung beaufschlagt werden, welche Energie auch immer effizienter, leichter verfügbar oder kostengünstiger ist. Zum Beispiel kann die zentrale Klimatisierung durch die Maschine während jenen Zeiten laufen gelassen werden, wenn Anforderungen an das Stromnetz dessen Kapazität sonst übersteigen würden, oder wenn Strompreise hoch sind. Der relative Wirkungsgrad oder die relative Verfügbarkeit können von dem Controller ermittelt oder an den Controller einer außenliegenden Informationsquelle signalisiert werden. Eine optionale geothermische Wärmesenke/Thermalquelle im Untergrund kann als Teil des Dampfkreises für eine optimierte zentrale Klimatisierungs-/Heizfunktionalität verwendet werden. Zum Beispiel kann Abwärme im Untergrund gespeichert werden, um die mittlere Temperatur unter Grund mehr zu der Zieltemperatur für das Gebäude bei kalten Klimabedingungen zu bringen. Eine derartige Option kann nützlich sein, wenn der Strombedarf niedrig ist und daher keine ausreichende Abwärme verfügbar ist.
Das Kraftwerk und der Controller können optional konfiguriert sein, um das Gebäude für so viel seiner Gesamtbetriebszeit wie möglich ”netzneutral” zu halten, d. h. unter Verwendung von Null oder nahezu Null Niveaus an elektrischer Energie aus dem Hauptstromnetz. In einer solchen Ausführungsform kann der Controller einen Stromsensor verwenden, um den hereinkommenden Strom von dem Netz in das Gebäude zu detektieren. Der Controller kann danach die verschiedenen Komponenten des Kraftwerks in einer Regelung in Ansprechen auf diesen detektierten/gemessenen Strom steuern, um die Netznutzung durch das Gebäude in Richtung Null zu steuern. Optional kann der Controller ausgestaltet sein, um zu erfassen, wann eine Steuerung der Spannung in dem Gebäude herunter auf ein minimales Niveau einen Stromfluss zu dem Netz nicht verhindern kann, was als ein Signal eines Netzstromausfalls genommen werden kann. In diesem Fall kann der Controller wirken, um das Gebäude physikalisch von dem Netz zu trennen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Maschine Teil der Kraftanlage des Gebäudes sein, oder sie kann in einem Fahrzeug oder einem tragbaren Modul angeordnet sein. Wenn sie als Teil des Fahrzeugs oder Modul verwendet wird, kann ein Paar leitende Platten verwendet werden, um Abwärme von dem Fahrzeug/Modul zu dem Gebäude zu leiten. Eine Platte kann an der Unterseite des Fahrzeugs angeordnet sein, und eine andere Platte kann außerhalb mit Bezug auf das Fahrzeug, z. B. auf oder entlang dem Boden, angeordnet sein. Wenn das Fahrzeug geparkt ist, kann Wärme von der ersten Platte auf die zweite Platte übertragen werden.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Blockheizkraftwerks gemäß einer ersten Beispielausführungsform, wobei die Komponenten des Kraftwerks sich innerhalb eines Gebäudes befinden.
2 ist eine schematische Darstellung eines Blockheizkraftwerks gemäß einer zweiten Beispielausführungsform, wobei einige der Komponenten des Kraftwerks sich an Bord eines Elektrofahrzeugs befinden.
3 ist eine schematische Darstellung eines Blockheizkraftwerks gemäß einer dritten Beispielausführungsform, wobei sich einige der Komponenten des Kraftwerks an Bord eines tragbaren Moduls befinden.
BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist ein Blockheizkraftwerk 10 in 1 schematisch gezeigt. Das Kraftwerk 10 und seine verschiedenen Ausführungsformen, von denen Beispiele unter Bezugnahme auf die 2 und 3 nachstehend beschrieben werden, sorgt für ein optimale Energieerzeugung vor Ort. Das Kraftwerk 10 kann ausgestaltet sein, um ein zugehöriges Gebäude 11 ”netzneutral” zu machen, indem so viel elektrische Energie vor Ort, wie etwa dem Gebäude 11 selbst, und jegliche zusätzlichen Vorrichtungen, wie etwa eine Batterie eines Elektrofahrzeugs (EV) 40, ansonsten verbrauchen könnten, erzeugt wird, oder ausreichende Energie zurück in das Stromhauptnetz geliefert wird, sollte überschüssige Kapazität vorhanden sein. Das Kraftwerk ist ausreichend bemessen, um das Gebäude 11 zu heizen und zu kühlen. Somit gibt es eine beträchtliche Kapazität für ein Umlenken eines Teils jeglichen Energiestroms innerhalb des Kraftwerks 10 für das Leistungsvermögen von anderen Nutzarbeitsaufgaben, wie etwa, aber nicht notwendigerweise darauf begrenzt, das elektrische Laden einer Batterie des EV 40.
Das vorliegende Blockheizkraftwerk 10 umfasst eine Maschine 12, eine Motor/Generator-Einheit (MGU) 14 und einen Kompressor 16. Der Kompressor 16 ist abhängig von der Ausführungsform entweder selektiv oder kontinuierlich in Reihe mit der MGU 14 geschaltet. In der besonderen in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Maschine 12 in eine feste Heizanlage (d. h. das Gebäude 11) integriert. Die Maschine 12 ist ausgestaltet, um im Wesentlichen die gesamte erforderliche Raumheizung und zentrale Klimatisierung für das Gebäude 11 sowie jegliches erforderliche Erwärmen eines Wasservolumens, das in einem Heißwassertank 24 enthalten ist, bereitzustellen.
Das heißt, Wärme aus dem in einem Maschinenkühlmittelkreis 18 zirkulierenden Maschinenkühlmittel und Maschinenabgas können zurückgewonnen werden, um das Wasser in dem Heißwassertank 24 zu erwärmen. Wärme von der Maschine 12 und/oder von dem Heißwassertank 24 kann dann wie notwendig für jegliche gewünschte Raumheizung, wie etwa die Raumheizung von Wohn- oder Arbeitsraum in dem Gebäude 11, verwendet werden. Diese besondere Ausgestaltung ersetzt effektiv eine herkömmliche Ofen- und Heißwasserheizung von dem Typ, der in den meisten modernen Wohnhäusern und gewerblichen Gebäuden verwendet wird.
Die Maschine 12 kann durch eine Gasversorgung (Pfeil 44), z. B. Erdgas von einer Hauptgasleitung, komprimiertes Erdgas (CNG) von einem Druckkraftstofftank (nicht gezeigt), flüssiges Propangas (LPG) von einem Drucktank (nicht gezeigt) usw., zugeführt werden. Ein Einlassschalldämpfer 17 kann mit Bezug auf die Maschine 12 angeordnet und ausgestaltet sein, um Einlassluft (Pfeil 19) in die Maschine 12 einzusaugen. Ein Katalysator 20 und ein Wärmetauscher 22 (Abgaskondensator) können verwendet werden, um den Abgasstrom, der aus der Maschine 12 ausgestoßen wird, zu reinigen, während der Wärmetauscher 22 auch die Menge an Abwärme erhöht, die aus dem Abgas 42 zurückgewonnen wird.
Gereinigtes Abgas (Pfeil 42) kann dann aus dem Gebäude 11 zur Außenseite des Gebäudes 11 entweichen. Das Rohrleitungsnetz für das gereinigte Abgas (Pfeil 42) in den verschiedenen Figuren ist der Klarheit der Darstellung wegen vereinfacht. Im tatsächlichen Gebrauch sollte derartiges gereinigtes Abgas (Pfeil 42) von dem Gebäude 11 weg, z. B. über Rohrleitungen oder Kamine, die von jeden möglichen Eintrittspunkten in das Gebäude 11, wie etwa Fenster oder Türen, weg geführt werden. Wasser, das aus dem Abgasstrom kondensiert, kann zu einem Sumpf oder Abwassersammler (nicht gezeigt) ausgetragen werden. Gleichermaßen sind die verschiedenen Abgasanlagenelemente, die in 1 gezeigt sind, lediglich schematisch. Ein Fachmann wird feststellen, dass die tatsächliche Rohrleitungsgestalt sich unterscheiden kann, und dass das Kraftwerk andere Elemente, die hier nicht gezeigt sind, umfassen kann, wie etwa Partikelfilter, Katalysatoren für eine selektive Reduktion, Ventile, Durchflussmesser, Druckregler usw.
In unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Maschine 12 eine Brennkraftmaschine sein, die durch die Gasversorgung 44 in der Form von Erdgas, Propan, oder einem anderen geeigneten Brennstoff beaufschlagt wird, oder die Maschine 12 kann eine Brennstoffzelle oder eine Kombination aus einer Brennstoffzelle und einem Brennstoffreformer sein. Nicht einschränkende Beispiele von Brennstoffzellen umfassen eine Carbonatschmelze-Brennstoffzelle und eine Festoxid-Brennstoffzelle, die beide in der Lage sind, bei hohen Temperaturen direkt unter Verwendung von Erdgas als Brennstoff zu arbeiten. Eine Brennstoffzelle kann genügend oberhalb der Temperaturen arbeiten, die notwendig sind, um eine kostengünstige Wärmeübertragung zur Raum- und Wasserheizung des Gebäudes 11 vorzusehen. Eine Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität, verbraucht aber in der Regel mechanische Leistung, um manche Komponenten der Maschine 12 zu betreiben. Somit müsste die MGU 14, wenn sie in einem Kraftwerk mit einer Brennstoffzellenmaschine 12 verwendet wird, nur als Motor und nicht als Generator funktionieren.
Die Maschine 12 steht mit dem Heißwassertank 24 über den Maschinenkühlmittelkreis 18 in Verbindung. Ein Teil des Maschinenkühlmittelkreises 18 kann als ein Rohr- oder Schlauchleitungskreis ausgeführt sein, der erwärmtes Maschinenkühlmittel von der Maschine 12 zu/von dem Heißwassertank 24 wie notwendig leitet, wie es in 1 durch Pfeil 21 angegeben ist. Beispielkühlmittel umfassen Wasserpropylenglykol (WPG) und Wasserethylenalkohol (WEA), obwohl jedes geeignete Fluid, das die gewünschten Eigenschaften hat, verwendet werden kann. Eine Pumpe 31 kann in dem Maschinenkühlmittelkreis 18 verwendet werden, um zu helfen, das Kühlmittel mit Bezug auf die Maschine 12 umzuwälzen.
Ein Thermostatmischventil 46 kann verwendet werden, um heißes und kaltes Wasser am Auslass des Heißwassertanks 24 zu mischen und dadurch eine Abgabe von Heißwasser an verschiedene Verwendungspunkte innerhalb des Gebäudes 11 innerhalb eines geregelten Temperaturbereichs sicherzustellen. Dies erfolgt, obwohl die Temperatur des Wassers innerhalb des Heißwassertanks 24 oberhalb der üblichen Temperatur für Heißwasser zusammen mit der Menge an Wärmeenergie, die in den Tank 24 gespeichert ist, variiert. Zum Beispiel kann die Temperatur des Wassers in dem Heißwassertank 24 von 45°C, einer Mindesttemperatur für Heißwasser, bis 85°C, einer normalen Betriebstemperatur des Maschinenkühlmittelkreises 18, variieren, aber das Thermostatmischventil 46 kann dessen Ausgang zu dem Gebäude jederzeit zwischen 45°C und 50°C regeln, indem kaltes Wasser mit Wasser aus dem Tank gemischt wird, wenn das Wasser in dem Tank 50°C übersteigt.
Noch unter Bezugnahme auf 1 kann der Heißwassertank 24, sobald er mit Wärme über die Maschine 12 beladen worden ist, seine überschüssige Kapazität oder Abwärme zurück in das Gebäude 11, z. B. zur Raumheizung der Luft in dem Gebäude 11, wie notwendig liefern. Raumheizung, die durch den Maschinenkühlmittelkreis 18 bereitgestellt wird, kann über eine Lüftungsanlage 26 optimiert werden. Die Lüftungsanlage 26 kann mit einem Lufteingang aus dem Inneren des Gebäudes 11 und optional von außen ausgestattet sein. Gleichermaßen kann die Lüftungsanlage 26 für eine Luftausgabe an das Gebäude 11 oder optional nach außen ausgestattet sein.
Die Lüftungsanlage 26 kann einen oder mehrere Wärmetauscher darin umfassen, um eine Luftströmung über den Dampfkreis 25 hinweg und über den Maschinenkühlmittelkreis 18 hinweg vorzusehen. Ein zusätzlicher Wärmetauscher ist in 1 schematisch als eine Lüftungsanlagenerweiterung 126 dargestellt und gestrichelt gezeigt. Es können zum Beispiel zwei Wärmetauscher in der Lüftungsanlage 26 und ihrer Erweiterung 126 separat verwendet werden, wobei die Lüftungsanlage 26 Wärme (Pfeile 47) zwischen der Luft innerhalb des Gebäudes 11 und dem Dampfkreis 25 überträgt, und die Lüftungsanlagenerweiterung 126 Wärme (Pfeile 147) zwischen dem Maschinenkühlmittelkreis 18 und der Luft außerhalb des Gebäudes 11 austauscht. Alternativ können die zwei Wärmetauscher in der Lüftungsanlage 26 und ihrer Erweiterung 126 Wärme von sowohl dem Dampfkreise 25 als auch dem Maschinenkühlmittelkreis 18 zu der Luft innerhalb des Gebäudes 11 übertragen.
Alternativ kann ein Wärmetauscher 122, wie gestrichelt gezeigt ist, zwischen den Kreisen 18 und 25 verwendet werden (Pfeil 247). In diesem Fall kann das Maschinenkühlmittel von der Lüftungsanlage 26 ausgeschlossen werden. Die Lüftungsanlage 126 ist in einer solchen Ausführungsform weggelassen. Idealerweise sollte die Anzahl von Wärmetauschern, die in dem Kraftwerk 10 verwendet werden, auf einem Minimum gehalten werden, und diese Zirkulation und Wärmeübertragung innerhalb der Lüftungsanlage 26 ist eine Alternative dazu, einen separaten Wärmetauscher 122, von dem ein Beispiel gestrichelt gezeigt ist, zwischen dem Maschinenkühlmittelkreis 18 und dem Dampfkreis 25 vorzusehen. Dieser Wärmetauscher 122 kann an einer oder mehreren Stellen entlang dem Dampfkreis 25, wie es beispielhaft gezeigt ist, für die effizienteste Übertragung von Wärme von dem Maschinenkühlmittelkreis 18 zu der Luft in dem Gebäude 11 oder (nicht gezeigt) zwischen dem Kompressor 16 und dem Wärmetauscher außerhalb des Gebäudes 11, wie etwa einer Wärmesenke oder Thermenbohrung 28, angeordnet sein.
Wenn die Lüftungsanlage 26 dazu verwendet wird, einen Luftstrom von dem Gebäude durch den Dampfkreis 25 und zurück in das Gebäude 11 und einen weiteren Luftstrom von der Umgebung außerhalb des Gebäudes durch den Maschinenkühlmittelkreis 18 und wieder zurück zu der Umgebung außerhalb vorzusehen, dient diese Option als eine Möglichkeit, fortzufahren, die Maschine 12 laufen zu lassen, wenn der Heißwassertank 24 vollständig erwärmt ist. Dies kann an besonders heißen, feuchten Tagen besonders vorteilhaft sein, wenn die Verwendung als zentrale Klimatisierung der dominante Energieverbraucher in dem Gebäude 11 ist, wobei in diesem Fall die Maschine 12 laufen gelassen werden kann, um den Kompressor 16 anzutreiben und somit eine Klimatisierung unter Verwendung des Dampfkreises 25 vorzusehen.
Der Kompressor 16 von 1 kann durch die Maschine 12 betrieben oder mit Leistung beaufschlagt werden, um zu helfen, Wärme von der Lüftungsanlage 26 abzuführen. Der Kompressor 16 bewegt Druckfluid innerhalb des Dampfkreises 25. Der Kompressorzyklus und die resultierende Bewegung von Fluid innerhalb des Dampfkreises 25 zieht schließlich Wärme aus der Luft innerhalb des Gebäudes 11, wie es in der Technik gut verstanden wird. Der Dampfkreis 25 kann einen Kühlmitteldampf enthalten, der in manchen Teilen des Kreises 25 zu einer Flüssigkeit kondensiert, oder sie kann ein Fluid sein, wie etwa Kohlendioxid, das überkritische Bedingungen erreicht, statt zu einer tatsächlichen Flüssigkeit zu kondensieren.
Der Kompressor 16 kann ausgestaltet sein, um die Strömungsrichtung in dem Dampfkreis 25 umzukehren, oder die Maschine 12 kann ausgestaltet sein, um die Strömung in dem Maschinenkühlmittelkreis 18 umzukehren. Die doppelten Richtungen in des Dampfkreises 25 sind über entgegengesetzte Pfeile H (Heizen) und C (Kühlen) angegeben. Die Rückströmung in jedem Dampfkreis macht Gebrauch von dem separaten Wärmetauscher 122, um Wärme von dem Maschinenkühlmittelkreis 18 zu dem Dampfkreis 25 und dann, abhängig von der Strömungsrichtung in dem Dampfkreis 25, entweder zu der Lüftungsanlage 26 (Heizung) oder dem Kompressor 16 und anschließend zu der Thermenbohrung 28 (Klimatisierung) zu befördern.
Der Dampfkreis 25 kann ein Expansionsventil 38 oder eine optionale elektromechanische Expansionseinrichtung und/oder eine Pumpe 29, wie gestrichelt gezeigt, zusammen mit jedem erforderlichen Kompressor und Kondensatorwindungen umfassen. Manche oder alle dieser Komponenten können sich außerhalb des Gebäudes 11 befinden, möglicherweise in einer separaten Umhüllung (nicht gezeigt) aus Lärm- und/oder Umweltgründen, obwohl alle Komponenten in den 1 und 2 zur Vereinfachung der Veranschaulichung innerhalb des Gebäudes 11 gezeigt sind.
Optional kann ein Teil des Dampfkreises 25 unter der Bodenfläche 34 geführt sein, wie es gezeigt ist. Ein derartiges Führen kann die Thermenbohrung 28 bilden. Eine solche Option kann für ein geothermisches Erwärmen und Kühlen des Gebäudes 11 sorgen, als eine bevorzugte Alternative zu dem herkömmlichen Klimatisierungskondensator und -gebläse, die nun für viele Gebäude in Verwendung sind. Wie es in der Technik verstanden wird, beruht der Prozess des geothermischen Erwärmens und Kühlens auf einem Wärmetausch zwischen Luft innerhalb des Gebäudes 11 und dem Boden, wobei der letztere eine über das Jahr relativ konstante Temperatur unterhalb etwa 3 m (10 Fuß) unter der Erde aufweist.
Wenn somit die Temperatur des Gebäudes 11 eine gewünschte Temperatur übersteigt, kann Wärme aus dem Gebäude 11 zu dem Boden über die Thermenbohrung 28 übertragen werden. Der Prozess arbeitet umgekehrt, wenn die Umgebungstemperatur des Gebäudes 11 unterhalb einer gewünschten Temperatur liegt, d. h. es kann Erdwärme verwendet werden, um die Luft in dem Gebäude 11 zu erwärmen. In der Regel liegt die Temperatur der Wärmesenke näher bei der gewünschten Temperatur des Gebäudes als die Umgebungstemperatur außerhalb des Gebäudes. Somit kann die Verwendung der Thermenbohrung 28 helfen, das Gesamtleistungsvermögen des Kraftwerks 10 zu optimieren. Die Kombination aus Kraft-Wärme-Kopplung und geothermischem Erwärmen und Kühlen ist insbesondere unter solche Klimabedingungen vorteilhaft, bei denen die Untergrundtemperatur unter der liegt, die für die Innentemperatur des Gebäudes 11 erwünscht ist, so dass Abwärme von der Maschine 12 die Differenz ausgleichen kann. Unter solchen Klimabedingungen kann Abwärme aus dem Betrieb der Maschine 12, um den Kompressor 16 zur Klimatisierung des Gebäudes 11 anzutreiben, von dem Maschinenkühlmittelkreis 18 zu dem Dampfkreise 25, wie etwa durch den Wärmetauscher 122, zu der Thermenbohrung 28 übertragen werden. An der Thermenbohrung 28 wird sich etwas von der Wärme in den Boden zur Verwendung während späterer Heizperioden sammeln, wobei wieder der Dampfkreis 25 und der Kompressor 16 verwendet werden.
Der Dampfkreis 25 von 1 liefert ein Erwärmen und Kühlen der Luft innerhalb des Gebäudes 11. Das heil t, die Maschine 12 und die MGU 14 sind ausreichend bemessen, um alle oder praktisch alle zentralen Klimatisierungserfordernisse für das Gebäude 11 zu liefern. Der Kompressor 16 kann durch die Maschine 12 und/oder durch die MGU 14 laufen gelassen werden, wie es nachstehend bemerkt wird, wie etwa über eine selektive Betätigung von einer oder beiden von einer jeweiligen ersten bzw. zweiten Kupplung 13 bzw. 15. Ein Erwärmen kann mit einer Kombination aus dem Dampfkreis 25 und Wärme von dem Maschinenkühlmittelkreis 18 vorgenommen werden, z. B. wenn Wärme von dem Maschinenkühlmittelkreis 18 nicht ausreicht. Ein Erwärmen kann mit dem Dampfkreis 25 alleine vorgenommen werden, wenn die Verwendung von Elektrizität von der Netzstromquelle 34, um die MGU 14 mit Leistung zu beaufschlagen und somit den Kompressor 16 anzutreiben, vorteilhafter ist.
Luft kann durch Wärmetauscher 22, die innerhalb des Maschinenkühlmittelkreis 18 und des Dampfkreises 25 verwendet werden, geblasen werden. Wenn eine Entfeuchtung des Gebäudes 11 erwünscht ist, könnte der Kompressor 16 betrieben werden, um die Luft zu kühlen, und Abwärme kann von dem Maschinenkühlmittelkreis 18 hinzugefügt werden, um Luft wieder über ihren Taupunkt zu erwärmen. Der Maschinenkühlmittelkreis 18 und die Pumpe 31 können daher dazu verwendet werden, eine Raumheizung auf eine analoge Weise zu der Luftheizung mit Gebläse vorzunehmen. Alternativ können die Maschine 12 und der Kompressor 16 dazu verwendet werden, eine Raumheizung analog zu einer elektrischen Wärmepumpe vorzunehmen.
Wenn die Raumheizung über die Maschine 12 vorzunehmen ist, entzieht der Maschinenkühlmittelkreis 18 Wärme aus dem Heißwassertank 24 und transportiert diese herausgezogene Wärme zu der Lüftungsanlage 26, entweder indem der Maschinenkühlmittelkreis 18 durch die Lüftungsanlage 26 geführt wird, wie es gezeigt ist, oder unter Verwendung eines separaten Kreises, um erwärmtes Wasser von dem Heißwassertank 24 zu der Lüftungsanlage 26 umzuwälzen. Das erstere vermeidet die Notwendigkeit für eine weitere Pumpe, aber das letztere kann effizienter sein, wenn es erwünscht ist, die Maschine während Zeiten nicht zu betreiben, wenn ein Heizen erforderlich ist. Ein Beispiel des letzteren ist in 2 gezeigt und wird nachstehend besprochen.
Um die verschiedenen Komponenten des Blockheizkraftwerks 10, das in 1 gezeigt ist, vollständig zu koordinieren, kann das Kraftwerk 10 einen Controller 50 umfassen. Der Controller 50 steht mit der Maschine 12, der MGU 14 und dem Kompressor 16 in elektrischer Verbindung. Ein Stromfluss (Pfeil 32) erfolgt durch den Controller 50, oder genauer durch irgendwelche elektrischen Kabel und zugehörige Stromaufbereitungselemente, die mit der MGU 14 verbunden sind, in Ansprechen auf Befehle von dem Controller 50.
Der elektrische Ausgangsleistungsfluss von dem Controller 50 kann zu dem Gebäude 11, wie es durch Pfeil 30 angegeben ist, wie etwa um die verschiedenen elektrischen Steckdosen, Haushaltsgeräte und/oder Maschinen in dem Gebäude 11 mit Leistung zu beaufschlagen, und zu/von dem EV 40 (Pfeil 36) zum Aufladen einer Batterie davon vorgesehen werden. Somit ist der Controller 50 ausgestaltet, um die Komponenten des Kraftwerks 10, alleine oder in Kombination, wie notwendig zu steuern und somit eine Versorgung von Luft in dem Gebäude 11 zu erwärmen und/oder zu kühlen und somit das in dem Heißwassertank 24 enthaltene Wasser zu erwärmen, das EV 40 aufzuladen, wenn es so ausgestaltet ist, und Energie an eine oder mehrere Steckdosen in dem Gebäude 11 zu liefern.
Der Controller 50 kann die Maschine 12 betreiben, z. B. indem die Brennstoffabgabe und/oder Zündung/Kompression gesteuert werden, Sauerstoffsensoren (nicht gezeigt), die den katalytischen Konverter 20 zugeordnet sind, überwacht werden, die MGU 14 unter Verwendung von Halbleiterschaltern, Resolvern, Encodern usw. gesteuert wird. Der Controller 50 kann auch mit jeder erforderlichen Computerhardware ausgestaltet oder ausgestattet sein, wie etwa mit einem Hochgeschwindigkeitstaktgeber, einer nötigen Analog/Digital-(A/D) und/oder Digital/Analog(D/-A-)Schaltung, jeglichen notwendigen Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen (E/A) sowie einer geeigneten Signalaufbereitungs- und/oder Pufferschaltung. Jegliche Algorithmen, die durch den Controller 50 erforderlich sind, können im Speicher gespeichert sein und automatisch ausgeführt werden, um die erforderliche Funktionalität bereitzustellen.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Blockheizkraftwerk 10 von 1 einen Stromsensor 60 umfassen. Der Stromsensor 60 ist ausgestaltet, um das Niveau elektrischen Stroms (Pfeil 34) zu messen, das in das Kraftwerk 10 durch das Stromnetz, d. h. durch die Hauptstromversorgung zu dem Gebäude 11, eingespeist und/oder aus diesem zugeführt wird. Netzenergie kann über Kohle verbrennende Kraftwerke, Atomkraftwerke, hydroelektrische Kraftwerke usw. erzeugt werden. Abhängig vom Versorger kann etwas der Energie, die durch das Netz geliefert wird, winderzeugt sein. Weil die Energiequelle in dem Netz mit dem Versorger und/oder dem Ort der Anlage, die derartige Energie erzeugt, variiert, kann der Controller 50 programmiert sein, um den Energiemix als einen Faktor bei der Ermittlung, wie und wann das Kraftwerk 10 zu steuern ist, zu überwachen. Andere mögliche Faktoren umfassen die Energiekosten zu unterschiedlichen Tageszeiten sowie die Größe und die Energieverbrauchsrate der Maschine 12, der MGU 14, des Kompressors 16 und der verschiedenen anderen Komponenten des Kraftwerks 10.
Der Controller 50 von 1 analysiert somit diese Faktoren und entscheidet, ob es kostengünstiger ist, das Gebäude 11 über Energie aus dem Netz mit Leistung zu beaufschlagen, die gesamte Leistung für das Gebäude 11 über die Maschine 12 zu erzeugen oder eine Kombination aus diesen Energiequellen zu verwenden. Optional kann der Controller 50 programmiert sein, um das Blockheizkraftwerk 10 ”netzneutral” zu machen. Das heißt der Controller 50 kann das Niveau elektrischen Stroms, das in das Kraftwerk 10 eintritt, messen und die Komponenten des Kraftwerks 10 derart steuern, dass der Strom, der in das Kraftwerk 10 eintritt, bei einem gegebenem Energieverbrauchsniveau innerhalb des Gebäudes 11 im Wesentlichen eliminiert wird, d. h. auf Null oder so Nahe wie möglich zu Null gesteuert wird. Gleichermaßen kann zugelassen werden, dass das Kraftwerk zeitweilig überschüssige Energie erzeugt. Auf manchen Märkten kann dieser Überschuss in das Netz zurückgekauft werden, wie es durch die Doppelrichtung von Pfeil 34 angegeben ist. Der Begriff ”netzneutral” kann daher bedeuten, dass Energie alternativ von dem Netz verwendet und so dem Netz zugeführt wird, wobei die Nettoenergieverwendung über die Zeit annähernd Null beträgt.
Um diese Steuermodi zu implementieren, kann der Controller 50 ausgestaltet sein, die Nettonetzleistung in das Gebäude 11 hinein sowie eine Nettoleistungserzeugung durch das Kraftwerk 10 zu messen. Die Gebäudelast kann durch die Differenz dieser zwei Werte gemessen oder geschätzt werden. Momentanleistungsmessungen können in ein Niederfrequenzäquivalent umgewandelt werden, so werden mehrere Leistungszyklen betrachtet, wenn Leistungserzeugung gegen Lasten aufgewogen wird. Der Controller 50 kann auch den Generator-Leistungsfaktor der MGU 14 variieren, um den Leistungsfaktor des Gebäudes 11 zu modifizieren. Dies kann helfen, Netzverluste aufgrund von Blindleistung, die durch das Gebäude 11 gezogen wird, zu vermindern. Wenn der Controller 50 angewiesen wird, auf einen Leistungszug (oder einen Nullleistungszug) abzuzielen, kann die Leistungsmessung in einem geschlossenen Kreis verwendet werden, um die Leistungsabgabe zu regeln.
Es können von dem Controller 50 Gebäudemanagement-Steueralgorithmen verwendet werden, um den Ziel-Leistungszug festzulegen und somit eine Langzeitkombination von Brennstoff- und elektrischen Kosten in einem Zielverhältnis, das Null Nettokosten für beide einschließt, zu minimieren. Dies kann durch viele Verfahren bewerkstelligt werden. Zum Beispiel kann man eine Finite-Horizon-Steuerung und eine allgemeine prädiktive Steuerung verwenden, wobei Brennstoff- und Stromkosten, zusammen mit stochastischen Modellen des Wärmebedarfs, elektrischen Bedarfs und Wettervorhersagen, verwendet werden, um das dynamische Optimierungsproblem zu lösen. Darüber hinaus können die stochastischen Modelle adaptiv sein und aus Langzeitbeobachtungen des Haushaltenergieverbrauchs, Umwandlungswirkungsgrades und Speicherungswirkungsgrades lernen.
Das Blockheizkraftwerk 10 von 1 kann optionale erste bzw. zweite Kupplungen 13 bzw. 15 umfassen. Die Kupplungen 13, 15 stehen mit dem Controller 50 in Verbindung und können über Befehle von dem Controller 50 selektiv betätigt werden. In dieser Beispielausführungsform ist die Maschine 12 selektiv mit der MGU 14 über die erste Kupplung 13 verbindbar, und die MGU 14 ist selektiv mit dem Kompressor 16 über die zweite Kupplung 15 verbindbar.
Der Controller 50 kann ausgestaltet sein, um selektiv die erste Kupplung 13 auszurücken und die zweite Kupplung 15 einzurücken und somit den Kompressor 16 über die MGU 14 unter Verwendung elektrischer Energie aus dem Netz mit Leistung zu beaufschlagen, d. h. Pfeil 34. Der Controller 50 kann auch selektiv die erste und zweite Kupplung 13 und 15 einrücken, um den Kompressor 16 über die MGU 14 mit Leistung zu beaufschlagen. In diesem Fall wird mechanische Leistung von der Maschine 12 verwendet, wenn von dem Controller 50 ermittelt wird, dass diese Ausgestaltung die optimale Wahl ist. Gleichermaßen kann der Controller 50 selektiv die erste Kupplung 13 einrücken und die zweite Kupplung 15 ausrücken, um mit der MGU 14 Elektrizität zu erzeugen und das in dem Wassertank 24 enthaltene Wasser über die Maschine 12 zu erwärmen, ohne den Kompressor 16 mit Leistung zu beaufschlagen.
BATTERIELADEN
Der Controller 50 kann ausgestaltet sein, um selektiv die erste Kupplung 13 auszurücken und die zweite Kupplung 15 einzurücken und somit den Kompressor 16 über die MGU 14 unter Verwendung elektrischer Energie aus dem Netz mit Leistung zu beaufschlagen, d. h. Pfeil 34. Der Controller 50 kann auch selektiv die erste und zweite Kupplung 13 und 15 einrücken, um den Kompressor 16 über die MGU 14 mit Leistung zu beaufschlagen. In diesem Fall wird mechanische Leistung von der Maschine 12 verwendet, wenn der Controller 50 ermittelt, dass diese Ausgestaltung die optimale Wahl ist. Gleichermaßen kann der Controller 50 selektiv die erste Kupplung 13 einrücken und die zweite Kupplung 15 ausrücken, um mit der MGU 14 Elektrizität zu erzeugen und das in dem Wassertank 24 enthaltene Wasser über die Maschine 12 zu erwärmen, ohne den Kompressor 16 mit Leistung zu beaufschlagen.
Weil ein EV, wie etwa das EV 40, in der Regel über Nacht geladen wird, wenn der Bedarf und die Stromkosten tendenziell relativ niedrig sind, kann das Laden des EV 40, das in 1 schematisch gezeigt ist, von dem Controller 50 oder von dem EV 40 geplant werden, um abseits von Spitzenstunden, wenn kein Heizen erforderlich ist, aus den Netz zu laden oder um durch die Verwendung der Maschine 12 und der MGU 14 zu laden, wenn Abwärme gespeichert und später verwendet werden kann.
Das Laden des EV 40 über Nacht, insbesondere im Sommer, würde eine günstigere Wahl von Elektrizitätsquellen ergeben und würde helfen, sicherzustellen, dass die Maschinenkapazität des Blockheizkraftwerks 10 am Tage verfügbar bleibt, wenn dessen maximale Ausgangskapazität am meisten benötigt wird, um eine Klimatisierung vorzunehmen. Der Controller 50 kann den Wirkungsgrad unter Verwendung eines verzögerten Ladens/eines Ladens abseits von Spitzen, oder durch Laden des EV nur dann, wenn ein Heizen in dem Gebäude 11 erforderlich ist, optimieren. Auf diese Weise kann das EV 40 und jede Klimatisierungslast innerhalb des Gebäudes 11 effektiv von dem Netz genommen werden, insbesondere während Spitzentageszeitstunden, mit einer damit einhergehenden Verringerung von CO2-Emissionen bezüglich eines Ladens aus dem Netz auf die herkömmliche Weise.
Unter Bezugnahme auf 2 können bestimmte Komponenten des Blockheizkraftwerks 10, das in 1 gezeigt ist, von dem Gebäude 11 getrennt sein und an Bord eines EV 140 in einem alternativen Blockheizkraftwerk 110 platziert werden. Auf diese Weise wird aus einer Maschine 112 und einem ersten Maschinenkühlmittelkreis 118 eine erste Kraftanlage gebildet, die eine erste leitfähige Fläche oder Platte 70 umfasst. Das EV 140 umfasst Räder 21, die auf dem Boden 34 ruhen. Einlassluft (Pfeil 19) wird in die Maschine 112 über ein Einlassrohr 53, z. B. durch einen Einlassschalldämpfer 17, wie es oben angemerkt wurde, über eine Einlassöffnung 52 angesaugt.
Ein Generator 62 befindet sich an Bord des EV 140, wobei der Generator 62 Leistung zu einer Batterie 56 in der Form eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems schickt. Die Batterie 56 kann selektiv geladen werden, zum Beispiel während eines Energierückgewinnungsbremsens, wobei der Leistungsfluss an Bord des EV 140 durch einen Leistungs-Controller 65 gesteuert wird. Eine elektrische Leitung 55 und ein Verbinder 54 können verwendet werden, um eine zusätzliche Stromlieferung an das EV 140 zu ermöglichen, z. B. eine Verbindung mit einer Ladestation. Jegliche erforderliche Verbindungen mit dem EV 140 können über eine einheitliche Nabelschnurverbindung vom Kabeltyp vorgesehen werden.
Die Maschine 112 kann in dieser besonderen Ausführungsform dazu verwendet werden, Wärme in das Gebäude 11 zuzuführen. Wie bei dem Blockheizkraftwerk 10 von 1 trägt die Maschine 112 des Kraftwerks 110 Abgas durch einen Katalysator 20 aus. Ein Auspuffschalldämpfer 75 kann verwendet werden, um Geräusch zu vermindern und den Abgasstrom zu filtern (Pfeil 42), wenn der Abgasstrom 42 aus dem EV 140 in die Umgebung entweicht. Ein Wärmetauscher 122, wie er gestrichelt gezeigt ist, kann zwischen dem katalytischen Konverter 20 und dem Auspuffschalldämpfer 75 angeordnet sein, um Wärme aus dem Abgas zu dem ersten Maschinenkühlmittelkreis 118 zu übertragen.
Ein zweiter Maschinenkühlmittelkreis 218, der Teil einer zweiten Kraftanlage ist, steht mit dem ersten Maschinenkühlmittelkreis 118 in thermischer Verbindung. Eine Pumpe 332 kann verwendet werden, um Kühlmittel durch den ersten Maschinenkühlmittelkreis 118 umzuwälzen. Eine erste leitfähige Platte 70 aus einem geeigneten Metall oder einem anderen wärmeleitenden Material kann mit dem EV 140 verbunden und unterhalb des EV 40 angeordnet sein. Eine ähnliche zweite leitende Platte 72 kann längs/knapp unter dem Boden 34 angeordnet sein, so dass das EV 140, wenn es benachbart zu dem Gebäude 11 geparkt wird, die erste leitende Platte 70 direkt über die zweite leitende Platte 72 bringt.
Somit befindet sich eine Grenzfläche 77 zwischen den leitenden Platten 70 und 72 mit einem minimalen Zwischenraum, wie es gezeigt ist, um die Wärmeübertragung zu der zweiten leitenden Platte 72 von der ersten leitenden Platte 70 zu optimieren. Der zweite Maschinenkühlmittelkreis 218 überträgt wiederum Wärme zu dem Heißwassertank 24 mit einer Pumpe 131, die in dem zweiten Maschinenkühlmittelkreis 218 verwendet wird, um zu helfen, das Kühlmittel darin umzuwälzen.
Innerhalb des Gebäudes 11 steht ein Dampfkreis 125 mit der Lüftungsanlage 26 und dem Kompressor 16, wie es oben beschrieben wurde, und auch mit der Umgebung in Verbindung, um zuzulassen, dass eine Wärmeübertragung (Pfeil 35) mit Bezug auf die Umgebung auftreten kann. Ein dedizierter Heißwasserkreis 27 kann verwendet werden, um Wärme von dem Heißwassertank 24 zu der Lüftungsanlage 26 zu übermitteln, als eine Alternative dazu, den Maschinenkühlmittelkreis 118 in die Lüftungsanlage 26 zu erweitern, wie in der Ausführungsform von 1. Ein solcher Kreis 27 kann auch mit der in 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden, wie es oben mit Bezug auf diese Figur erwähnt wurde, als eine Alternative dazu, den Maschinenkühlmittelkreis 18 durch die Lüftungsanlage 26 zu führen, wie es in 1 gezeigt ist. Eine Pumpe 232 kann in dem optionalen Heißwasserkreis 27 verwendet werden, um Wasser zu der Lüftungsanlage 26 umzuwälzen. Luft (Pfeile 33) tritt in die Lüftungsanlage 26 ein und verlässt diese, um eine Wärmeübertragung zwischen ihr und dem Dampfkreis 125, dem Heißwasserkreis 27 oder beiden zu bewerkstelligen.
In dieser Ausführungsform kann der Controller 50 innerhalb des Gebäudes 11 elektrische Energie zu dem Gebäude 11 lenken (Pfeil 30), zu der MGU 14 (Pfeil 32) und/oder zu einer optionalen Speicherbatterie 61 (Pfeil 37). Leistung von oder zu dem Netz ist über Pfeil 134 angegeben. Der Controller 50 kann in drahtloser oder verdrahteter elektrischer Verbindung mit der leitenden Platte 72 stehen (Pfeil 136), um den Austausch von Wärme zwischen der jeweiligen ersten bzw. zweiten leitenden Platte 70 bzw. 72 zu steuern. Die MGU 14 muss in diesem Beispiel nicht als Generator fungieren, sondern nur als Motor, weil sie mit dem Kompressor 16, nicht aber mit einer Maschine verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf 3 kann in einer nochmals weiteren Ausführungsform der EV 140 durch ein nicht am Fahrzeug befindliches, tragbares Modul 80 ersetzt sein, um ein weiteres Blockheizkraftwerk 210 zu bilden. Das tragbare Modul 80 könnte von dem Gebäude 11 und dem EV 40 von 1 getrennt sein, das der Einfachheit halber aus 3 weggelassen ist. Das tragbare Modul 80 kann selektiv an dem Gebäude 11 angebracht werden, wie gezeigt ist, oder an dem EV 40 von 1, um eine tragbare Stromerzeugungs-/Reichweitenverlängerungsoption vorzusehen. Der letztere Ansatz kann erwünscht sein, während eine ausdehnte Ausfahrt in einem EV vorgenommen wird, insbesondere während der Sommermonate, wenn das Gebäude 11 keine wesentliche Heizung erfordert. Das tragbare Modul 80, das lediglich schematisch ist und daher nicht maßstäblich mit Bezug auf das Gebäude 11 in 3 gezeigt ist, kann wie notwendig bemessen und geformt sein, um eine solche Verwendung als Teil des EV 40 zu ermöglichen, um zum Beispiel an einen Gepäckträger oder Anhänger zu passen.
Verbinder 54, der elektrisch mit dem Controller 50 über eine Steuerleitung 71 verbunden sein kann, kann dazu verwendet werden, das tragbare Modul 80 in elektrischen Kontakt mit dem Gebäude 11 zu platzieren, und somit elektrische Leistung von dem Leistungs-Controller 65 zu dem Controller 50 und dadurch zu der MGU 14 zu liefern. Das Blockheizkraftwerk 210 kann dadurch im Wesentlichen all die gleichen Funktionen wie das in 1 gezeigte Blockheizkraftwerks 10 bereitstellen. Alternativ kann der Grenzfläche 67 eine induktive elektrische Verbindung (nicht gezeigt) hinzugefügt werden, entweder zu dieser Ausführungsform oder zu der in 2 gezeigten. Im letzteren Fall, bei dem sich die Grenzfläche 77 zwischen dem EV 140 und dem Gebäude 11 befindet, könnte auch eine induktive elektrische Verbindung als eine Ladeverbindung für das EV 140 verwendet werden.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Blockheizkraftwerk, umfassend: eine Maschine; eine Motor/Generator-Einheit (MGU), die durch die Maschine selektiv mit Leistung beaufschlagt wird; einen Kompressor, der durch die Maschine und durch die MGU selektiv mit Leistung beaufschlagt wird; einen Heißwassertank; einen Maschinenkühlmittelkreis, der die Maschine thermisch mit dem Heißwassertank verbindet; einen Dampfkreis, der Kühlmittel von dem Kompressor umwälzt; eine Lüftungsanlage, die Wärme mit dem Dampfkreis tauscht; und einen Controller in elektrischer Verbindung mit der Maschine und der MGU; wobei der Controller ausgestaltet ist, um das Kraftwerk derart zu steuern, dass eine Wasserversorgung in dem Heißwassertank erwärmt wird, dass selektiv Elektrizität erzeugt wird, und dass Luft, die durch die Lüftungsanlage hindurchtritt erwärmt und gekühlt wird.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, wobei die Lüftungsanlage auch Wärme mit dem Maschinenkühlmittelkreis tauscht.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, wobei der Controller ausgestaltet ist, um Energie von der Maschine zu verwenden, und somit eine Hochspannungsbatterie eines Elektrofahrzeugs, die eine Leistungslast von zumindest etwa 3 kW aufweist, zu laden.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, das ferner eine erste und zweite Kupplung umfasst, wobei die Maschine selektiv mit der MGU über die erste Kupplung verbindbar ist, und wobei die MGU selektiv mit dem Kompressor über die zweite Kupplung verbindbar ist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 4, wobei der Controller ferner ausgestaltet ist, um: selektiv die erste Kupplung auszurücken und die zweite Kupplung einzurücken und somit den Kompressor über die MGU unter Verwendung elektrischer Energie von der Hauptstromversorgung mit Leistung zu beaufschlagen; selektiv die erste und zweite Kupplung einzurücken und somit den Kompressor über die MGU unter Verwendung elektrischer Energie von der Maschine mit Leistung zu beaufschlagen; und selektiv die erste und zweite Kupplung auszurücken und somit das Wasser in dem Heißwassertank über die Maschine zu erwärmen, ohne den Kompressor mit Leistung zu beaufschlagen.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, wobei der Dampfkreis eine Thermenbohrung oder Wärmesenke unterhalb des Bodenniveaus zum Übertragen von Wärme mit Bezug auf den Boden umfasst.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, das ferner einen Stromsensor in Verbindung mit dem Controller umfasst, wobei der Stromsensor ausgestaltet ist, um einen hereinkommenden elektrischen Strom von der Hauptstromversorgung zu messen, und wobei der Controller ausgestaltet ist, um die Maschine und die MGU derart zu steuern, dass der hereinkommende elektrische Strom im Wesentlichen eliminiert wird.
Blockheizkraftwerk, umfassend: eine erste Kraftanlage, die aufweist: eine Maschine; und einen ersten Maschinenkühlmittelkreis, der eine erste leitende Platte aufweist; und eine zweite Kraftanlage, umfassend: einen Heißwassertank; einen zweiten Maschinenkühlmittelkreis, der eine zweite leitende Platte aufweist, die ausgestaltet ist, um Wärme, die von der ersten leitenden Platte übertragen wird, aufzunehmen, und die aufgenommene Wärme zu dem Heißwassertank zu befördern; eine Motor/Generator-Einheit (MGU); einen Kompressor; einen Dampfkreis, der Kühlmittel mit Bezug auf den Kompressor umwälzt; eine Lüftungsanlage, die Wärme zwischen dem Heißwassertank und dem Dampfkreis und zwischen dem Dampfkreis und Luft, die dem Gebäude zugeführt wird, tauscht und über die zweite Kraftanlage mit Leistung beaufschlagt wird; und einen Controller, der ausgestaltet ist, um die MGU, den Kompressor und die Lüftungsanlage, alleine oder in Kombination, zu steuern und dadurch zumindest eines von einer Luftversorgung, die dem Gebäude zugeführt wird, und Wasser in dem Heißwassertank zu erwärmen oder zu kühlen.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 8, wobei die erste Kraftanlage an Bord eines Elektrofahrzeugs oder eines tragbaren Moduls angeordnet ist.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 8, das ferner einen Stromsensor in Verbindung mit dem Controller umfasst, wobei der Stromsensor ausgestaltet ist, um einen hereinkommenden elektrischen Strom zu der zweiten Kraftanlage von der Hauptstromversorgung zu messen, und wobei der Controller ausgestaltet ist, um den hereinkommenden elektrischen Strom durch Steuern der ersten Kraftanlage im Wesentlichen zu eliminieren.