DE102014206802A1

DE102014206802A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie mithilfe von Gas

Info

Publication number: DE102014206802A1
Application number: DE102014206802.9A
Authority: DE
Inventors: Oliver Marquardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-10-15
Also published as: EP3129710A1; WO2015155022A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung von Gas, mit einem Gassensor (8) zur Erfassung mindestens einer stofflichen Kenngröße des Gases, mit einer Steuereinheit (3), die ausgebildet ist, um abhängig von der erfassten Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen, mit einer Schnittstelle (5), die ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases an mindestens eine weitere Vorrichtung (2) zu übermitteln, die ebenfalls ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermische Energie zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung von Gas gemäß Patentanspruch 1 und 2, ein System mit mindestens zwei Vorrichtungen gemäß Patentanspruch 6, ein System mit mindestens zwei Vorrichtungen gemäß Patentanspruch 8, ein Verfahren zum Übermitteln einer Information über eine Kenngröße eines Gases gemäß Patentanspruch 9, und ein Verfahren zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie mithilfe von Gas gemäß Patentanspruch 12.
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist es bekannt, ein Gasheizgerät mit einem Gassensor auszustatten. Mithilfe des Gassensors wird zumindest eine Kenngröße des Gases erfasst und abhängig von der Qualität des Gases wird die Verbrennung gesteuert. Beispielsweise wird abhängig von der Qualität des Gases der Gasvolumenstrom zur Verbrennung eingestellt und/oder das Volumen einer zugeführten Verbrennungsluft variiert.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung von Gas, ein verbessertes System mit mindestens zwei Vorrichtungen, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie mit einer Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Übermitteln einer stofflichen Kenngröße eines Gases bereit zu stellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Patentansprüche 1, 2, 6, 8, 9 und 12 gelöst.
Ein Vorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass nicht jede Vorrichtung einen Gassensor zur Erfassung einer Kenngröße des Gases aufweisen muss. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass eine Vorrichtung einen Gassensor zur Erfassung wenigstens einer Kenngröße des Gases aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die erfasste Kenngröße des Gases an eine weitere Vorrichtung zu übermitteln. Die Vorrichtung ist ausgebildet, um aus Gas elektrische Energie und/oder thermische Energie zu erzeugen.
Zudem ist die weitere Vorrichtung vorgesehen, um über eine Schnittstelle die Kenngröße des Gases zu empfangen und die Kenngröße bei der Steuerung der Energieerzeugung zu berücksichtigen. Die weitere Vorrichtung ist ausgebildet, um aus Gas elektrische Energie und/oder thermische Energie zu erzeugen.
In einer Ausbildung sind ein System mit zwei Vorrichtungen zum Erzeugen elektrischer und/oder thermischer Energie und ein separater Gassensor vorgesehen, der eine stoffliche Kenngröße an die zwei Vorrichtungen übermittelt. Somit weist in dieser Ausführung keine Vorrichtung einen Gassensor auf.
In den abhängigen Ansprüchen sind Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung als Gasheizgerät und/oder als Brennstoffzellengerät und/oder als gasbetriebenes Kraft-Wärme-Kopplungsgerät ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung als Beispiele für Vorrichtungen, die unter Verwendung von Gas Energie erzeugen, zwei Gasheizgeräte 1 und 2, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei verschiedenen Gebäuden 9 und 10 angeordnet sind. Abhängig von der gewählten Ausführung können die Gasheizgeräte 1, 2 auch in dem gleichen Gebäude angeordnet sein. Das erste Gasheizgerät 1 weist eine erste Steuereinheit 3, eine erste Schnittstelle 5 und einen Gassensor 8 auf. Das zweite Gasheizgerät 2 weist eine zweite Steuereinheit 4 und eine zweite Schnittstelle 6 auf. Die erste und zweite Schnittstelle 5 und 6 sind ausgebildet, um drahtgebunden oder drahtlos eine direkte Datenverbindung 7 miteinander aufzubauen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die erste und die zweite Schnittstelle 5, 6 auch in der Weise ausgebildet sein, um eine Datenverbindung 7 über eine Recheneinheit 11 aufzubauen. Die Recheneinheit 11 kann in einem der Gebäude 1, 2 oder in einem weiteren Gebäude untergebracht sein. Die Recheneinheit 11 kann beispielsweise in Form eines Servers ausgebildet sein und eine Datenverbindung über eine Internetverbindung mit der ersten und der zweiten Schnittstelle 5, 6 aufbauen. Die Recheneinheit 11 kann beispielsweise bei einem Systembetreiber der Gasversorgung stehen.
Das erste und das zweite Gasheizgerät 1, 2 sind ausgebildet, um aus Gas elektrische Energie und/oder thermische Energie zu erzeugen. Das erste Gasheizgerät 1 und das zweite Gasheizgerät 2 werden mit einem Gas versorgt, um z.B. ein Medium, beispielsweise Wasser als Brauchwasser oder als Wärmeträger für eine Heizung aufzuheizen. Die Steuereinheiten 3, 4 sind ausgebildet, um abhängig von einer stofflichen Kenngröße, d.h. der Qualität des Gases die Verbrennung zu steuern. Beispielsweise kann abhängig von einem gewünschten Wärmebedarf der Volumenstrom des Gases abhängig von der Kenngröße Brennwert und/oder Dichte und/oder Methananteil des Gases unterschiedlich eingestellt werden. Der Volumenstrom des Gases kann beispielsweise mithilfe eines variablen Öffnungsquerschnittes bei gleichbleibendem Gasdruck eingestellt werden oder indirekt über die Vorgabe einer Ventilatordrehzahl eingestellt werden.
Die erste Steuereinheit 3 erfasst mithilfe des Gassensors 8 eine stoffliche Kenngröße des Gases. Die Kenngröße des Gases kann beispielsweise mit einem Prozessgaschromatographen als Gassensor erfasst werden. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch beispielsweise das Signal eines Flammenionisations-Sensors ausgewertet werden, um eine stoffliche Kenngröße des Gases, d.h. die Qualität des Gases zu bewerten. Der Hauptbestandteil von Erdgas z.B. ist immer Methan. Der Anteil liegt in vielen Erdgaslagerstätten zwischen 75 % und 99 % der molaren Fraktion. Häufig enthält Erdgas auch größere Anteile an Ethan (häufig zwischen 1 % und 15 %), Propan (häufig zwischen 1 % und 10 %), Butan und Ethen. Somit kann beispielsweise als stoffliche Kenngröße der Methananteil des Gases erfasst werden. Zudem kann Gas unterschiedliche Dichten und unterschiedliche Brennwerte aufweisen. Alle diese Parameter können als Kenngröße des Gases erfasst und bei der Energieerzeugung berücksichtigt werden.
Die erste Steuereinheit 3 ist ausgebildet, um eine Kenngröße des Gases, z.B. den Methananteil, die Dichte und/oder den Brennwert mithilfe der ersten Schnittstelle 5 direkt oder indirekt über die Recheneinheit 11 an die zweite Schnittstelle 6 zu übermitteln. Die zweite Schnittstelle 6 empfängt die Kenngröße und gibt die Kenngröße an die zweite Steuereinheit 4 weiter. Die zweite Steuereinheit 4 steuert in Abhängigkeit von der übermittelten Kenngröße die Verbrennung des Gases.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das erste Gasheizgerät 1 mit weiteren nicht dargestellten Vorrichtungen verbunden sein, die ebenfalls unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermischer Energie erzeugen und keinen separaten Gassensor aufweisen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführung die erste und/oder zweite Vorrichtung als Gaswärmepumpe ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein System mit mindestens zwei Vorrichtungen 1, 2 vorgesehen, wobei jede Vorrichtung 1, 2 ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrischer und/oder thermischer Energie zu erzeugen. Die Vorrichtungen 1, 2 werden über eine Gasleitung mit Gas versorgt. Jede Vorrichtung 1, 2 weist eine Steuereinheit 3, 4 auf, wobei die Steuereinheiten 3, 4 ausgebildet sind, um abhängig von einer stofflichen Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen. Zudem ist ein Gassensor 8 zur Erfassung einer stofflichen Kenngröße des Gases in der Gasleitung vorgesehen. Der Gassensor 8 ist ausgebildet, um die stoffliche Kenngröße des Gases an die erste und die zweite Vorrichtung 1, 2 zu übermitteln. Dazu weist der Gassensor 8 eine entsprechende Schnittstelle auf. Die Datenübertragung kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die erste und die zweite Vorrichtung 1, 2 weisen eine erste bzw. eine zweite Schnittstelle 5, 6 aufweist, und wobei die erste und die zweite Schnittstelle 5, 6 ausgebildet sind, um die stoffliche Kenngröße des Gases vom Gassensor 8 zu empfangen und an die jeweilige Steuereinheit 3, 4 der ersten bzw. der zweiten Vorrichtung 1, 2 weiterzuleiten. Bei dieser Ausführungsform weist keine der zwei Vorrichtungen 1, 2 einen Gassensor 8 auf. Der Gassensor 8 ist separat vorgesehen und erfasst eine stoffliche Kenngröße des Gases und gibt diese an die zwei Vorrichtungen weiter.
Mithilfe des beschriebenen Systems ist es nicht erforderlich, dass jede Vorrichtung, die unter Verwendung von Gas elektrischer und/oder thermischer Energie erzeugt, über einen eigenen Gassensors verfügt. Somit kann der Hardwareaufwand reduziert werden. Damit sind auch die Kosten für das Gesamtsystem reduziert. Beispielsweise kann die Vorrichtung, die unter Verwendung von Gas elektrische Energie oder Wärmeenergie erzeugt, auch in Form eines Brennstoffzellengerätes ausgebildet sein. Unter dem Begriff Vorrichtung, die unter Verwendung von Gas Energie erzeugt, werden alle Gasgeräte/-anlagen verstanden, die Verbrennungsverfahren zur Erzeugung von Wärmeenergie oder die katalytische Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzen. Das Betreiben des Brennstoffzellengerätes kann ebenfalls in Abhängigkeit von wenigstens einer Kenngröße des Gases optimiert werden.
Beispielsweise kann ein System eine Kombination aus einem Gasheizgerät und einem Brennstoffzellengerät aufweisen. Zudem kann ein System ein Gasheizgerät beispielsweise als Spitzenlastkessel und ein Brennstoffzellengerät aufweisen. Zudem kann ein System ein Gasheizgerät beispielsweise als Spitzenlastkessel und ein gasbetriebenes Kraft-Wärme-Kopplungsgerät aufweisen, wobei das Kraft-Wärme-Kopplungsgerät z.B. als Brennstoffzellengerät oder als gasbetriebener Verbrennungsmotor ausgebildet ist.

Claims

Vorrichtung (1) zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung von Gas, mit einem Gassensor (8) zur Erfassung mindestens einer stofflichen Kenngröße des Gases, mit einer Steuereinheit (3), die ausgebildet ist, um abhängig von der erfassten Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen, mit einer Schnittstelle (5), die ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases an mindestens eine weitere Vorrichtung (2) zu übermitteln, die ebenfalls ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermische Energie zu erzeugen.
Vorrichtung (2) zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung von Gas, mit einer Steuereinheit (3), die ausgebildet ist, um abhängig von einer stofflichen Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen, mit einer Schnittstelle (5), die ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases zu empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung als Gasheizgerät ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung als Brennstoffzellengerät ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung als gasbetriebenes Kraft-Wärme-Kopplungsgerät ausgebildet ist.
System mit mindestens zwei Vorrichtungen (1, 2), wobei jede Vorrichtung (1, 2) ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermische Energie zu erzeugen, wobei jede Vorrichtung eine Steuereinheit (3, 4) aufweist, wobei die Steuereinheiten (3, 4) ausgebildet sind, um abhängig von einer stofflichen Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen, wobei die erste Vorrichtung (1) einen Gassensor (8) zur Erfassung der stofflichen Kenngröße des Gases aufweist, wobei die erste Vorrichtung (1) eine erste Schnittstelle (5) aufweist, die ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases an die zweite Vorrichtung (2) zu übermitteln, wobei die zweite Vorrichtung (2) eine zweite Schnittstelle (6) aufweist, und wobei die zweite Vorrichtung (6) ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases zu empfangen.
System nach Anspruch 6, wobei die erste und/oder die zweite Vorrichtung (1, 2) als Gasheizgerät und/oder als Brennstoffzellengerät und/oder als gasbetriebenes Kraft-Wärme-Kopplungsgerät ausgebildet sind.
System mit mindestens zwei Vorrichtungen (1, 2), wobei jede Vorrichtung (1, 2) ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermische Energie zu erzeugen, wobei die Vorrichtungen (1, 2) an eine gemeinsame Gasleitung angeschlossen sind, wobei jede Vorrichtung eine Steuereinheit (3, 4) aufweist, wobei die Steuereinheiten (3, 4) ausgebildet sind, um abhängig von einer stofflichen Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen, wobei ein Gassensor (8) zur Erfassung der stofflichen Kenngröße des Gases in der Gasleitung vorgesehen ist, wobei der Gassensor (8) ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases an die erste und die zweite Vorrichtung (1, 2) zu übermitteln, wobei die erste und die zweite Vorrichtung (1, 2) eine erste bzw. eine zweite Schnittstelle (5, 6) aufweist, und wobei die erste und die zweite Schnittstelle (5, 6) ausgebildet sind, um die stoffliche Kenngröße des Gases zu empfangen und an die Steuereinheit (3, 4) weiter zu leiten.
Verfahren zum Übermitteln einer stofflichen Kenngröße eines Gases, wobei eine Vorrichtung (1) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermische Energie zu erzeugen, wobei die Vorrichtung (1) einen Gassensor (8) zur Erfassung der stofflichen Kenngröße des Gases und eine Steuereinheit (3) aufweist, wobei die Steuereinheit (3) ausgebildet ist, um abhängig von der erfassten stofflichen Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen, mit einer Schnittstelle (5), die ausgebildet ist, um die stoffliche Kenngröße des Gases an wenigstens eine weitere Vorrichtung (2) zur Erzeugung von elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung von Gas (2) zu übermitteln.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die stoffliche Kenngröße über eine Recheneinheit (11) an die weitere Vorrichtung (2) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vorrichtung (1) als Gasheizgerät oder als Brennstoffzellengerät oder als gasbetriebenes Kraft-Wärme-Kopplungsgerät ausgebildet ist.
Verfahren zum Erzeugen von elektrischer und/oder thermischer Energie mithilfe einer Vorrichtung (2), wobei die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, um unter Verwendung von Gas elektrische und/oder thermische Energie zu erzeugen, wobei die Vorrichtung (2) eine Schnittstelle (6) aufweist, die ausgebildet ist, um eine stoffliche Kenngröße des Gases von einer anderen Vorrichtung (1) zu empfangen, wobei die Vorrichtung (2) eine Steuereinheit (4) aufweist, wobei die Steuereinheit (4) ausgebildet ist, um abhängig von der empfangenen stofflichen Kenngröße des Gases die Energieerzeugung zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung (2) als Gasheizgerät oder als Brennstoffzellengerät oder als gasbetriebenes Kraft-Wärme-Kopplungsgerät ausgebildet ist.