Ein Abgaswärmetauscher gewinnt Wärmeenergie aus den Abgasen eines mit Diesel-, Gas- oder Biogas angetriebenen Kolbenmotors und nutzt diese Energie zur Erwärmung von Wasser, das dann zur Raum- oder Prozessheizung und über eine Kälteanlage zur Kühlung oder über ein ORC-System zur Erzeugung zusätzlichen Stroms genutzt werden kann. Wenn er einem motorgetriebenen Generator hinzugefügt wird, wandelt er den Motor von “nur Strom” in “Kraft-Wärme-Kopplung” (KWK) um und erhöht so seinen Gesamtwirkungsgrad erheblich.
Funktionsprinzip
Ein Kolbenmotor wandelt Kraftstoff in Leistung um. Ein Nebenprodukt dieses Prozesses ist die Erzeugung von Wärme, die in jedem Teil des Motors entsteht. Der größte Einzelbereich der Wärmeerzeugung stammt jedoch aus dem Abgassystem. Bis zu 50% der gesamten Kraftstoffenergie, die zum Antreiben des Motors verwendet wird, wird in Wärme umgewandelt, und von dieser Wärme stammen 55% aus dem Abgassystem des Motors. Ohne eine Form der Wärmerückgewinnung würde diese wertvolle Energiequelle einfach in der Erdatmosphäre verloren gehen. Durch den Einbau eines Abgaswärmetauschers in den Abgasstrom des Motors kann diese jedoch ohne zusätzliche Kosten in Bezug auf den Kraftstoffeinsatz für verschiedene Heiz- oder Kühlanforderungen zurückgewonnen und genutzt werden.
Wie funktioniert es?
Die Abgase verlassen den Motor bei Temperaturen über 500 °C und durchlaufen den zentralen Rohrkern des Wärmetauschers. Gleichzeitig wird Wasser um die äußere “Hülle” des Wärmetauschers zirkuliert, das sich über und um den Rohrkern bewegt; dadurch werden die Abgase gekühlt und ein Großteil der Wärme der Gase an den Wasserkreislauf übetragen.
Wofür kann die Wärme genutzt werden?
Die rückgewonnene Wärmeenergie kann für zahlreiche Haushalts-, Gewerbe- oder Industrieanwendungen genutzt werden, darunter gewerbliche Raumheizung, Fernwärme für Wohngebäude und Warmwasserbereitung, Prozesswärme sowie Wärmeträgeröl. In Verbindung mit dem Stirling-Motor oder dem ORC-System kann sie auch zur Stromerzeugung oder zum Betrieb einer Kältemaschine zur Kühlung verwendet werden.
Vorteile für den Endverbraucher
Zusätzlich zur Nutzung dieser wertvollen “freien Energiequelle” verbessert der Abgaswärmetauscher auch den Gesamtwirkungsgrad eines Generators und erhöht ihn von rund 30% (nur Strom) auf rund 60% (KWK). Dieser Wirkungsgrad kann auf ca. 80% verbessert werden, wenn die Abwärme aus anderen Bereichen des Motors, wie z.B. dem Kühl-, Schmier- und Luftansaugsystem, zurückgewonnen wird.
Zu beachtende Punkte
Die aus dem Abgasstrom gewonnene Wärmemenge ist zu berücksichtigen, da die Abgastemperatur in der Regel nicht unter 120 °C (oder 180 °C bei Dieselmotoren) sinken darf, um Verschmutzungen oder Kondensation im Inneren des Wärmetauschers zu vermeiden, die zu einem vorzeitigen Ausfall führen können.
Die automatische Motorabschaltung muss auch mit Temperatursonden installiert werden, die sich sowohl im Abgaswärmetauscher als auch im Motor befinden. Sollte der Gaskreislauf abgeschaltet werden, ist es wichtig, dass der Wasserkreislauf noch eine gewisse Zeit weiterläuft, damit die Restwärme aus dem Wärmetauscher abgeleitet werden kann.
Zusammenfassend
Abgaswärmetauscher sind eine äußerst effiziente Möglichkeit, eine wertvolle Energiequelle zurückzugewinnen, die sonst verloren gehen würde. Nach der Rückgewinnung kann die Energie für eine Reihe von Anwendungen genutzt werden, die zur Senkung der Energiekosten beitragen. Als Großbritanniens führender Hersteller von Abgaswärmetauschern bietet Bowman ein breites Spektrum an hochwertigen Geräten für Anwendungen bis zu 1 MW mit Biogas, Diesel oder Erdgas, die sich in einigen der anspruchsvollsten Anlagen auf der Erde bewährt haben.
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