DE102018105965A1

DE102018105965A1 - Heizgerät

Info

Publication number: DE102018105965A1
Application number: DE102018105965.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Eitzenhöfer; Erhard Lauer; Tobias Otta
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, umfassend eine Brennereinrichtung (1) zur Erzeugung eines heißen Abgases, eine Wärmeübertragungseinrichtung (2) zur Übertragung von Wärme vom heißen Abgas auf ein fluides Wärmeträgermedium, eine mit der Wärmeübertragungseinrichtung (2) hydraulisch verbundene, im Heizgerät angeordnete Vor- und Rücklaufverrohrung (3, 4) zur Führung des fluiden Wärmeträgermediums und eine elektrische Heizeinrichtung (5) zur bedarfsweisen Erwärmung des fluiden Wärmeträgermediums. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) als Durchlauferhitzer ausgebildet und wahlweise an der Vor- und/oder Rücklaufverrohrung (3, 4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Heizgerät der eingangs genannten Art ist aus dem Dokument DE 20 2012 004 062 U1 bekannt. Dieses Heizgerät besteht aus einer Brennereinrichtung zur Erzeugung eines heißen Abgases, einer Wärmeübertragungseinrichtung zur Übertragung von Wärme vom heißen Abgas auf ein fluides Wärmeträgermedium, einer mit der Wärmeübertragungseinrichtung hydraulisch verbundenen Vor- und Rücklaufverrohrung zur Führung des fluiden Wärmeträgermediums und einer elektrischen Heizeinrichtung zur bedarfsweisen Erwärmung des fluiden Wärmeträgermediums. Bei dieser Lösung ist die Brennkammer, in der die Brennereinrichtung angeordnet ist, von einem das Wärmeträgermedium aufnehmenden Kesselraum umschlossen, d. h. in diesem Fall bildet die Wandung zwischen Brennkammer und Kesselraum die Wärmeübertragungseinrichtung. An diesen Kesselraum schließen sich die Vorlauf- und Rücklaufverrohrung an, die wahlweise mit einem Warmwasserspeicher und/oder einem Heizkreis hydraulisch verbunden sind. Weiterhin ist bei dieser Lösung eine als Heizstab ausgebildete elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, die wahlweise im Kesselraum und/oder im Warmwasserspeicher angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein besonders umweltfreundliches und flexibel einsetzbares Heizgerät geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist mit einem Heizgerät der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung als Durchlauferhitzer ausgebildet und wahlweise an der Vor- und/oder Rücklaufverrohrung angeordnet ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass es durch die vorgesehene Anordnung der als Durchlauferhitzer ausgebildeten elektrischen Heizeinrichtung an der Vor- und/oder Rücklaufverrohrung möglich ist, einen spontanen, kurzzeitigen Warmwasserbedarf (zum Beispiel seitens des Heizkreises und/oder des Warmwasserspeichers) mit Hilfe der elektrischen Heizeinrichtung zu decken, so dass bei einer Wärmeforderung die Brennereinrichtung nicht unbedingt extra gestartet werden muss. Mit Blick darauf, dass solche kurzzeitigen, mehr oder weniger instationären Verbrennungsvorgänge mit einem vergleichsweise hohen Schadstoffausstoß und Brennstoffverbrauch verbunden sind, ist es durch den Einsatz der wie beansprucht positionierten elektrischen Heizeinrichtung möglich, solche kurzzeitigen Starts der Brennereinrichtung zu vermeiden, da die Wärme in diesen Fällen einfach von der elektrischen Heizeinrichtung bereit gestellt werden kann bzw. wird. Erst wenn absehbar längerfristig größere Wärmemengen gefordert werden, die nicht von der elektrischen Heizreinrichtung gedeckt werden können, sorgt die Regelung des Heizgerätes für einen Start der Brennereinrichtung, wobei dann die elektrische Heizeinrichtung wahlweise ausgeschaltet oder bei Bedarf auch (zusätzlich zur Brennereinrichtung) weiter betrieben wird.
Ein weiterer, ganz wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass es Dank des erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements möglich ist, gegebenenfalls lokal, aber auch von extern bereitstehende elektrische Energie in Wärme umzusetzen und auf diese Weise zu speichern bzw. zu nutzen. Ein entsprechend vorgesehenes, zum Beispiel in der Regelung des Heizgerätes integriertes, intelligentes Energiemanagement wird weiter unten noch genauer beschrieben.
Durch die Integration der elektrischen Heizeinrichtung in einen konventionellen Heizkessel (zum Beispiel Gas, Öl oder Biomasse) entsteht somit ein Hybridheizgerät, das die Kombination von fossilen und erneuerbaren Energieträgern ermöglicht und dadurch sowohl ökologisch günstigeres Heizen ermöglicht als auch Flexibilitätsoptionen für ökonomisch interessantes Heizen bereit hält.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Heizgerätes ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf folgenden, weiter abliegenden Stand der Technik hingewiesen:
Aus dem Dokument DE 27 12 733 A1 ist eine aus Heizkessel und Brauchwassererwärmer bestehende Heizungsanlage bekannt, bei der ein elektrisches Heizelement im Brauchwassererwärmer bzw. Kombispeicher, also insbesondere nicht im Heizgerät, angeordnet ist.
Aus dem Dokument DE 89 15 404 U1 ist ein Heizkessel mit integriertem Brauchwasserbehälter (also kein Durchlauferhitzer) bekannt, der mit einer elektrischen Heizeinrichtung, die wahlweise als Heizmatte oder Heizstab ausgebildet ist, beheizbar ist.
Das erfindungsgemäße Heizgerät einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt schematisch

1 das erfindungsgemäße Heizgerät mit der elektrischen, an der Vorlaufverrohrung angeordneten Heizeinrichtung; und
2 eine aus dem erfindungsgemäßen Heizgerät, einem Heizkreis und einem Warmwasserspeicher gebildete Heizungsanlage.

Das in den Figuren dargestellte Heizgerät besteht in bekannter Weise zunächst aus einer Brennereinrichtung 1 zur Erzeugung eines heißen Abgases, einer Wärmeübertragungseinrichtung 2 zur Übertragung von Wärme vom heißen Abgas auf ein fluides Wärmeträgermedium (typischer Weise Wasser) und einer mit der Wärmeübertragungseinrichtung 2 hydraulisch verbundenen, im Heizgerät angeordneten Vor- und Rücklaufverrohrung 3, 4 zur Führung des fluiden Wärmeträgermediums. Die Brennereinrichtung 1 ist dabei vorzugsweise mit einem fossilen Brennstoff, insbesondere Öl oder Gas, betreibbar ausgebildet.
Ferner weist das erfindungsgemäße Heizgerät eine elektrische, mit einem Stromnetz, insbesondere einem Niederspannungsnetz (230 Volt bzw. 400 Volt), elektrisch verbundene Heizeinrichtung 5 zur bedarfsweisen Erwärmung des fluiden Wärmeträgermediums auf, wobei diese, was wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung ist, als Durchlauferhitzer ausgebildet und wahlweise an der Vor- und/oder Rücklaufverrohrung 3, 4, und zwar innerhalb des Gehäuses des Heizgerätes, angeordnet ist.
Darüber hinaus ist besonders bevorzugt eine elektronische Regeleinrichtung 8 sowohl zur Betätigung der Brennereinrichtung 1 als auch zur Betätigung der elektrischen Heizeinrichtung 5 vorgesehen. Mit dieser ist es dabei möglich, die Brennereinrichtung 1 allein, die elektrische Heizeinrichtung 5 allein oder auch die Brennereinrichtung 1 und die elektrische Heizeinrichtung 5 gemeinsam ein- bzw. auszuschalten, d. h. diese können letztlich unabhängig von einander, bedarfsweise betrieben werden.
Die oben bereits mehrfach genannte Maßgabe „bedarfsweise“ bringt dabei zum Ausdruck, dass die elektrische Heizeinrichtung 5 dann verwendet wird, wenn ein entsprechender Bedarf besteht. Ob ein solcher besteht oder nicht, wird dabei, worauf weiter unten auch noch genauer eingegangen wird, von einem vorzugsweise in der Regeleinrichtung 8 in Form eines als Hard- und/oder Softwarelösung ausgebildeten intelligenten Energiemanagementsystems ermittelt bzw. festgelegt.
Ferner ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Heizgerät als sogenanntes Brennwertgerät (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Brennwertkessel&oldid=173845448) ausgebildet und dann, wie dargestellt, die elektrische Heizeinrichtung 5 zur besonders guten Nutzung des Brennwertgerätes an der Vorlaufverrohrung 3 angeordnet ist.
Weiterhin ist, wie in 2 dargestellt, besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Vor- und Rücklaufverrohrung 3, 4 hydraulisch mit einem Heizkreis 6 (mit mehreren Heizkörpern) und mit einem Warmwasserspeicher 7 (insbesondere für Trink- und zum Beispiel Badewasser) verbunden ausgebildet ist. Sowohl der Heizkreis 6 als auch der Warmwasserspeicher 7 sind dabei, worauf an dieser Stelle vorsorglich hingewiesen wird und wie ersichtlich, außerhalb des Gehäuses des Heizgerätes angeordnet. Darüber hinaus ist in diesem Fall dann vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung 5 im Bedarfsfall zur Erwärmung wahlweise des durch den Heizkreis 6 und/oder des durch den Warmwasserspeicher 7 strömenden fluiden Wärmeträgermediums ausgebildet ist.
Etwas genauer betrachtet, aber im Detail nicht extra dargestellt, ist weiterhin vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung 5 einen für das fluide Wärmeträgermedium frei durchströmbaren, wahlweise mit der Vor- oder Rücklaufverrohrung 3, 4 hydraulisch verbundenen und von einem elektrischen Heizelement umschlossenen Rohrabschnitt aufweist.
Ferner bevorzugt, aber ebenfalls nicht extra dargestellt, ist vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung 5 elektrisch wahlweise mit einer Photovoltaik- und/oder mit einer Windkraft-Anlage verbunden und betreibbar ausgebildet ist.
Wie weiter oben bereits erwähnt, ist die elektrische Heizeinrichtung 5 mit einem Stromnetz elektrisch verbunden ausgebildet. Bei diesem Stromnetz handelt es sich typischer Weise um das Stromnetz eines lokalen Stromversorgers. In Betracht kommt aber gegebenenfalls auch ein in sich abgeschlossenes Stromnetz (auch Eigenstromversorgung genannt, die typischer Weise auf eine Photovoltaik- und/oder Windkraftanlage zurückgreift), falls das erfindungsgemäße Heizgerät innerhalb eines solchen betrieben wird. Ferner ist auch die Kombination dieser beiden Netzarten miteinander möglich.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, und hierbei geht es nun um ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Heizgerätes, dass zum Abbau eines Stromüberschusses im Stromnetz und bei Vorhandensein einer für das Heizgerät verfügbaren Wärmesenke (insbesondere also der Heizkreis und/oder der Warmwasserspeicher) die elektrische Heizeinrichtung 5 eingeschaltet wird.
Darüber hinaus oder auch alternativ, ist ferner vorgesehen, dass bei Fehlen einer für das Heizgerät verfügbaren Wärmesenke die elektrische Heizeinrichtung 5 zum Abbau eines Stromüberschusses im Stromnetz unter definierter Inkaufnahme einer Überhitzung wahlweise eines bzw. des Heizkreises 6 und/oder eines bzw. des Warmwasserspeichers 7 eingeschaltet wird. Unter „definierter Inkaufnahme“ ist dabei zu verstehen, dass jedenfalls bis zu einer vordefinierten Temperatur, die oberhalb einer eigentlich vorgesehenen Solltemperatur liegt, noch mittels der elektrischen Heizeinrichtung 5 Wärme in die Heizungsanlage eingebracht und damit verfügbarer Strom in sinnvoller Weise verbraucht bzw. gespeichert wird. Es wird somit ein Wärmevorrat für einen späteren Abruf angelegt, der im Grunde oberhalb der eigentlich vorgesehenen Wärmespeicherkapazität liegt.
Wie ebenfalls weiter oben bereits ausgeführt, werden ferner vorzugsweise sowohl die Brennereinrichtung 1 als auch die elektrische Heizeinrichtung 5 mittels einer bzw. der gemeinsamen Regeleinrichtung 8 betätigt. In diesem Fall ist - zur Realisierung einer ökonomischen Betriebsweise - besonders bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung 5 immer dann von der über Strom- und Brennstoffpreise der Brennereinrichtung 1 informierten Regeleinrichtung 8 noch vor der Brennereinrichtung 1 eingeschaltet wird, wenn (natürlich bezogen auf das jeweils erzeugbare Wärmeäquivalent) der Strompreis geringer als der Brennstoffpreis ist. Unter „informiert“ ist dabei zu verstehen, dass insbesondere der Regelungseinrichtung 8, die vorzugsweise auch mit dem Stromversorger in informationieller Verbindung steht bzw. stehen kann, zum Beispiel aus dem Internet bzw. von einem entsprechenden Server die besagten Informationen zu Strom- und Brennstoffpreisen zur Verfügung stehen.
Schließlich ist bei einer weiteren bevorzugten Variante - zur Realisierung einer ökologischen Betriebsweise - vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung 5 immer dann von der über den Ursprung des Stroms informierten Regelungseinrichtung 8 noch vor der Brennereinrichtung 1 eingeschaltet wird, wenn CO₂-neutraler bzw. CO₂-reduzierter Strom (also insbesondere Strom aus erneuerbaren Energien) zur Verfügung steht. Unter „informiert“ ist dabei, wie bereits erläutert, zu verstehen, dass insbesondere der Regelungseinrichtung 8 zum Beispiel aus dem Internet bzw. von einem entsprechenden Server die besagten Informationen zur Quelle des Stroms, ob dieser also zum Beispiel aus einem Kohlekraftwerk (nicht CO₂-neutral) oder einer Solaranlage (CO₂-neutral) stammt, zur Verfügung stehen.
Bezugszeichenliste

1: Brennereinrichtung
2: Wärmeübertragungseinrichtung
3: Vorlaufverrohrung
4: Rücklaufverrohrung
5: elektrische Heizeinrichtung
6: Heizkreis
7: Warmwasserspeicher
8: Regeleinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202012004062 U1 [0002]
DE 2712733 A1 [0011]
DE 8915404 U1 [0012]

Claims

Heizgerät, umfassend eine Brennereinrichtung (1) zur Erzeugung eines heißen Abgases, eine Wärmeübertragungseinrichtung (2) zur Übertragung von Wärme vom heißen Abgas auf ein fluides Wärmeträgermedium, eine mit der Wärmeübertragungseinrichtung (2) hydraulisch verbundene, im Heizgerät angeordnete Vor- und Rücklaufverrohrung (3, 4) zur Führung des fluiden Wärmeträgermediums und eine elektrische Heizeinrichtung (5) zur bedarfsweisen Erwärmung des fluiden Wärmeträgermediums, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) als Durchlauferhitzer ausgebildet und wahlweise an der Vor- und/oder Rücklaufverrohrung (3, 4) angeordnet ist.
Heizgerät nach Anspruch 1, wobei das Heizgerät als Brennwertgerät ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) zur besonders guten Nutzung des Brennwertgerätes an der Vorlaufverrohrung (3) angeordnet ist.
Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vor- und Rücklaufverrohrung (3, 4) hydraulisch wahlweise mit einem Heizkreis (6) und/oder mit einem Warmwasserspeichers (7) verbunden ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) im Bedarfsfall zur Erwärmung wahlweise des durch den Heizkreis (6) und/oder des durch den Warmwasserspeicher (7) strömenden fluiden Wärmeträgermediums ausgebildet ist.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) einen für das fluide Wärmeträgermedium frei durchströmbaren, wahlweise mit der Vor- oder Rücklaufverrohrung (3, 4) hydraulisch verbundenen und von einem elektrischen Heizelement umschlossenen Rohrabschnitt aufweist.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) elektrisch wahlweise mit einer Photovoltaik- und/oder mit einer Windkraft-Anlage verbunden und betreibbar ausgebildet ist.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) mit einem Stromnetz elektrisch verbunden ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrische Heizeinrichtung (5) mit einem Stromnetz elektrisch verbunden ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbau eines Stromüberschusses im Stromnetz und bei Vorhandensein einer für das Heizgerät verfügbaren Wärmesenke die elektrische Heizeinrichtung (5) eingeschaltet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrische Heizeinrichtung (5) mit einem Stromnetz elektrisch verbunden ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fehlen einer für das Heizgerät verfügbaren Wärmesenke die elektrische Heizeinrichtung (5) zum Abbau eines Stromüberschusses im Stromnetz unter definierter Inkaufnahme einer Überhitzung wahlweise eines Heizkreises (6) und/oder eines Warmwasserspeichers (7) eingeschaltet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sowohl die Brennereinrichtung (1) als auch die elektrische Heizeinrichtung (5) mittels einer gemeinsamen Regeleinrichtung (8) betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) immer dann von der über Strom- und Brennstoffpreise der Brennereinrichtung (1) informierten Regeleinrichtung (8) noch vor der Brennereinrichtung (1) eingeschaltet wird, wenn der Strompreis geringer als der Brennstoffpreis ist.
Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sowohl die Brennereinrichtung (1) als auch die elektrische Heizeinrichtung (5) mittels einer gemeinsamen Regeleinrichtung (5) betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (5) immer dann von der über den Ursprung des Stroms informierten Regelungseinrichtung (8) noch vor der Brennereinrichtung (1) eingeschaltet wird, wenn CO₂-neutraler Strom zur Verfügung steht.