EP4033147B1 - Anordnung und verfahren zum betrieb eines heizgerätes - Google Patents

Anordnung und verfahren zum betrieb eines heizgerätes

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EP4033147B1
EP4033147B1 EP22152206.3A EP22152206A EP4033147B1 EP 4033147 B1 EP4033147 B1 EP 4033147B1 EP 22152206 A EP22152206 A EP 22152206A EP 4033147 B1 EP4033147 B1 EP 4033147B1
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EP
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fan
heating device
output
power
fans
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EP22152206.3A
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EP4033147A2 (de
EP4033147A3 (de
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Frank Altendorf
Andreas Reinert
Klaus Richter
Bodo Oerder
Matthias Hopf
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
    • F23L5/02—Arrangements of fans or blowers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/002—Regulating air supply or draught using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/02—Ventilators in stacks
    • F23N2233/04—Ventilators in stacks with variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for the efficient operation of a heating appliance. This concerns systems for heating water and, more generally, heating appliances for heating buildings and/or providing hot water.
  • Heating systems primarily powered by a single fuel (gas, oil, hydrogen, etc.) consume not only energy in the form of fuel but also electrical energy to drive components such as fans, circulation pumps, electronic measuring and control devices, and the like. Generally, efforts are made to minimize electrical power consumption. Furthermore, the number of components in a heating system is kept to a minimum, both to reduce costs and to avoid unnecessary system complexity. There is also a constant drive to minimize system failure while simultaneously ensuring safe and robust operation.
  • Modern heating appliances typically contain a blower (also called a fan) that draws ambient air to a burner during operation.
  • Fuel in a quantity suitable for combustion, is mixed into the resulting airflow before it reaches the burner.
  • the resulting mixture is then fed by the burner into a combustion chamber where it is burned.
  • the resulting exhaust gases are discharged via an exhaust system.
  • This process involves overcoming considerable flow resistance. This is particularly important during the transition from the burner to the combustion chamber, where the mixture is forced through a large number of very small openings.
  • opening diameters 2 to less than 0.8 mm [millimeters] are used; with hydrogen as fuel, even smaller diameters may be required.
  • blower must be able to operate (modulate) at different power levels depending on the required output of the heating appliance and other ambient conditions.
  • each blower is designed for a specific optimal power level at which it operates most efficiently, so that at higher or lower power levels, it consumes more electrical energy per unit of blower output than blowers specifically designed for these power levels.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and, in particular, to create an arrangement and a method for operating a heating device at different power levels with the lowest possible consumption of electrical energy and reliable and robust modulation over a wide power range.
  • the heating appliance has a first blower and a second blower connected in series.
  • These blowers are connected to a control unit via separate (electrical or electronic) control lines and can be controlled individually.
  • the control unit is designed to distribute the blower power required for a predefined heating appliance output between the first and second blowers, thus minimizing power consumption.
  • At least one of the blowers has a maximum blower power that is lower than the total blower power required for the heating appliance's maximum output.
  • the heating unit somewhat more complex and two fans cost more to manufacture than one, the availability of the heating unit increases significantly. If one fan fails, the other can at least partially take over its function, preventing the heating unit from failing completely, as would be the case with only one fan. Furthermore, with appropriate design of the two fans, the additional manufacturing costs are more than offset by lower operating costs. This is because a heating unit can generally be operated at a wide range of power outputs, and in practice, this is indeed the case. It is by no means always predictable which specific power output will be required most frequently. Each heating unit power output requires a specific volume flow of air, i.e., a specific total fan power (volume flow), but a fan can only ever be optimized for one specific power output. This fan power output is called the design point.
  • blower The further away from the design point the blower is operated, the less efficiently it works and the more Less fan power is available per unit of electrical input (power consumption). However, if two fans are used, additional possibilities arise to reduce power consumption for a given total required fan power. This is particularly important for heating appliances powered by hydrogen or hydrogen-containing fuel gas, which typically require higher fan power.
  • the spatial arrangement of the two blowers is not fundamentally important; however, the first and second blowers are preferably arranged upstream of the combustion chamber, respectively, in the direction of airflow. This arrangement results in low temperatures in the blowers and good accessibility.
  • the point at which a fuel (fuel gas or oil) is added is also irrelevant for the present invention.
  • the second blower can be installed at a suitable location in a conventional system. It is also possible, in principle, to provide further blowers or connect them in series to extend this concept.
  • the second fan (or both fans) can also be located downstream of the combustion chamber in the exhaust system. In this case, no space is required upstream of the combustion chamber; however, the temperatures in the second fan are somewhat higher than in the first fan, which is not necessarily a disadvantage.
  • At least one of the fans has a maximum fan output that is lower than the total fan output required for the heater to operate at maximum power. Given that the heater's maximum output (as well as its minimum output) is rarely required, it is advantageous to have at least one, preferably both, fans with a lower maximum fan output. To design the system, for example, both fans could be set to half their maximum fan output, so that together they can deliver the maximum required output. The design points of both fans would then each be somewhere below half the fan output required for the heater's maximum output. This allows for an energy-efficient distribution of the corresponding fan output across both fans for a wide range of heater outputs and permits a broad modulation range for the fan output.
  • blowers have different operating points where they exhibit the lowest energy consumption per unit of blower power.
  • This variant is particularly advantageous when the heating appliance is primarily operated at very specific power levels that are unevenly distributed between minimum and maximum power, especially mainly in the lower or upper half of the power range.
  • control unit is set up to distribute the blower power required for a given output of the heating device between the first and second blowers in such a way as to result in the lowest possible power consumption.
  • a heating appliance in which hydrogen or a hydrogen-containing fuel gas is mixed with an air stream as fuel and which is equipped with a first blower and a second blower connected in series, only one or both blowers are operated, depending on the current power requirement of the heating appliance.
  • only one blower is used, but as soon as the power requirement increases beyond its If the design point of the first fan is the same, it can be advantageous to activate the second fan and then distribute the output. If the fans have different design points, it can even be beneficial to switch from operating only one fan to operating only the other (by simultaneously increasing the speed of the second fan and decreasing the speed of the first) when the heating unit's output changes. Specifically, when operating only one fan, the one whose design point is closest to the required fan output for the current heating unit output is selected.
  • the control unit advantageously stores calibration data that specifies the optimal distribution of fan power between the first and second fans for any given total fan output. This allows the optimal distribution of fan power between the two fans for a given heating unit output to be determined and set without further measurements or adjustments.
  • the current power consumption of both fans is fed to the control unit.
  • the control unit determines and sets a minimum power consumption by adjusting the power distribution between the two fans. Such determination and adjustment are possible, for example, by slightly altering the distribution in one direction. If the power consumption increases as a result, the The distribution is then changed in the other direction. If it also increases there, the original setting was optimal. If power consumption decreases in one direction, the setting is adjusted in that direction until it increases again. This allows a minimum to be found.
  • Another aspect concerns a computer program product comprising commands that cause the described arrangement to execute the described procedure.
  • the described distribution of fan power to two fans requires a program and data, both of which may need to be updated occasionally.
  • the computer program product can be installed, at least partially, in the control unit.
  • the explanations of the procedure can be used to further characterize the arrangement, and vice versa.
  • the arrangement can also be set up in such a way that the procedure is carried out using it.
  • the present invention makes it possible to reduce the consumption of electrical energy in a fuel-operated heating appliance 1 and to carry out efficient, robust operation with high availability in a wide modulation range of the blower power.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum effizienten Betrieb eines Heizgerätes. Dabei geht es um Anlagen zur Erwärmung von Wasser und generell um Heizgeräte für die Beheizung von Gebäuden und/oder die Bereitstellung von warmem Wasser.
  • In Heizgeräten, die hauptsächlich mit einem Brennstoff (Gas, Öl, Wasserstoff etc.) betrieben werden, wird dennoch nicht nur Energie in Form von Brennstoff verbraucht, sondern auch elektrische Energie zum Antrieb von Komponenten wie Gebläsen, Umwälzpumpen, elektronischen Mess- und Regeleinrichtungen und dergleichen. Dabei wird im Allgemeinen versucht, den Verbrauch an elektrischem Strom gering zu halten. Außerdem wird auch versucht, die Anzahl an Komponenten in einem Heizgerät möglichst gering zu halten, einerseits wegen der Kosten solcher Komponenten und andererseits, um die Komplexität der Anlagen nicht unnötig zu erhöhen. Es gibt immer auch die Bestrebung, die Störanfälligkeit von Anlagen klein zu halten, gleichzeitig aber einen sicheren und robusten Betrieb zu gewährleisten.
  • In modernen Heizgeräten gibt es typischerweise ein Gebläse (auch Lüfter genannt), mit welchem im Betrieb Umgebungsluft zu einem Brenner gefördert wird, wobei dem entstehenden Luftstrom vor dem Brenner Brennstoff in für eine Verbrennung geeigneter Menge beigemischt wird. Das entstehende Gemisch wird dann durch den Brenner einem Verbrennungsraum zugeführt und dort verbrannt. Entstehende Abgase werden über eine Abgasanlage abgeführt. Dabei sind erhebliche Strömungswiderstände zu überwinden, insbesondere beim Übergang vom Brenner zum Verbrennungsraum, wo das Gemisch durch eine große Anzahl sehr kleiner Öffnungen gedrückt wird. Je nach Art des verwendeten Brennstoffes werden Öffnungsdurchmesser von 2 bis unter 0,8 mm [Millimeter] verwendet, bei Wasserstoff als Brennstoff möglicherweise noch kleinere. Das bedeutet, dass bei Wasserstoff als Brenngas oder als Beimischung zum Brenngas höhere Gebläseleistungen und damit ein höherer Stromverbrauch auftreten. Der gesamte Luftstrom von einem Lufteinlass bis zurück in die Umgebung durch die Abgasanlage wird von dem Gebläse aufrechterhalten, weshalb es einen erheblichen Teil der für den Betrieb des Heizgerätes erforderlichen elektrischen Energie verbraucht. Dabei muss das Gebläse je nach erforderlicher Leistung des Heizgerätes und sonstigen Umgebungsbedingungen mit unterschiedlicher Leistung betrieben (moduliert) werden können. Jedes Gebläse ist aber für eine bestimmte optimale Leistung ausgelegt, bei der es am effizientesten arbeitet, so dass es bei höherer oder niedrigerer Leistung mehr elektrische Energie pro Gebläse-Leistung verbraucht als Gebläse, welche gerade für diese Leistungen ausgelegt sind. Eine Anordnung mit den konstruktiven Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der Schrift EP 0071416 A2 bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen und insbesondere eine Anordnung und ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes bei unterschiedlichen Leistungen mit einem möglichst geringen Verbrauch an elektrischer Energie und einer zuverlässigen und robusten Modulation über einen weiten Leistungsbereich zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen eine Anordnung und ein Verfahren sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Bei der zur Lösung der Aufgabe dienenden Anordnung zum Betrieb eines Heizgerätes, in welchem, Wasserstoff oder ein Brenngas mit Anteilen an Wasserstoff als Brennstoff einem Luftstrom beigemischt und entstehendes Gemisch in einem Verbrennungsraum verbrannt wird und entstehende Verbrennungsgase über eine Abgasanlage abgeführt werden, weist das Heizgerät ein erstes Gebläse und in Reihe dazu geschaltet ein zweites Gebläse auf, die über getrennte (elektrische bzw. elektronische) Steuerleitungen mit einer Steuer- und Regeleinheit verbunden und einzeln ansteuerbar sind. Die Steuer- und Regeleinheit ist dazu eingerichtet, die für eine vorgebbare Leistung des Heizgerätes notwendige Gebläse-Leistung auf das erste Gebläse und das zweite Gebläse zu verteilen, so dass der geringste Stromverbrauch entsteht. Mindestens eines der Gebläse weist eine maximale Gebläse-Leistung auf, die geringer ist, als die für eine maximale Leistung des Heizgerätes erforderliche gesamte Gebläse-Leistung.
  • Obwohl auf diese Weise das Heizgerät etwas komplexer wird und zwei Gebläse mehr Kosten bei der Herstellung verursachen als eines, so steigt doch jedenfalls die Verfügbarkeit des Heizgerätes, weil bei Ausfall eines der Gebläse das andere zumindest teilweise dessen Aufgaben übernehmen kann und das Heizgerät in diesem Falle nicht, wie bei nur einem Gebläse, vollständig ausfällt. Dazu kommt, dass bei geeigneter Auslegung der beiden Gebläse die Mehrkosten bei der Herstellung durch geringere Stromkosten beim Betrieb mehr als aufgewogen werden. Das liegt daran, dass ein Heizgerät im Allgemeinen mit ganz unterschiedlichen Leistungen betrieben werden kann und in der Praxis auch betrieben wird. Dabei ist es keineswegs immer so, dass vorhersehbar ist, welche bestimmte Leistung am häufigsten benötigt wird. Für jede Leistung des Heizgerätes wird ein bestimmter Volumenstrom an Luft, also eine bestimmte zugehörige gesamte Gebläse-Leistung (Volumenstrom) benötigt, wobei aber ein Gebläse immer nur für eine Gebläse-Leistung optimiert werden kann. Diese Gebläse-Leistung nennt man Auslegungspunkt. Je weiter weg vom Auslegungspunkt das Gebläse betrieben wird, desto ineffizienter arbeitet es und desto weniger Gebläse-Leistung pro zugeführter elektrischer Leistung (Stromverbrauch) steht zur Verfügung. Hat man allerdings zwei Gebläse, so ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten, den Stromverbrauch bei einer bestimmten geforderten gesamten Gebläse-Leistung zu verringern. Besondere Bedeutung hat dies bei mit Wasserstoff oder mit wasserstoffhaltigem Brenngas betriebenen Heizgeräten, bei denen typischerweise höhere Gebläseleistungen erforderlich sind.
  • Auf die (räumliche) Anordnung der beiden Gebläse kommt es grundsätzlich nicht an, jedoch werden bevorzugt das erste Gebläse und das zweite Gebläse in Strömungsrichtung vor bzw. stromaufwärts von dem Verbrennungsraum angeordnet. Diese Anordnung bedeutet geringe Temperaturen in den Gebläsen und eine gute Zugänglichkeit. An welcher Stelle ein Brennstoff (Brenngas oder Öl) beigemischt wird, ist ebenfalls unerheblich für die vorliegende Erfindung. Das zweite Gebläse kann insbesondere in eine übliche Anlage zusätzlich an geeigneter Stelle eingebaut werden. Grundsätzlich ist auch möglich noch weitere Gebläse vorzusehen bzw. in Reihe zu schalten und damit dieses Konzept fortzusetzen.
  • Alternativ kann das zweite Gebläse (oder beide Gebläse) auch stromabwärts von dem Verbrennungsraum in der Abgasanlage angeordnet sein. In diesem Fall wird kein Platz stromaufwärts des Verbrennungsraumes benötigt, allerdings sind die Temperaturen im zweiten Gebläse etwas höher als im ersten Gebläse, was aber kein Nachteil sein muss.
  • Es weist mindestens eines der Gebläse eine maximale Gebläse-Leistung auf, die geringer ist als die für eine maximale Leistung des Heizgerätes erforderliche gesamte Gebläse-Leistung. Wenn man davon ausgeht, dass die maximale Leistung des Heizgerätes (genauso wie die minimale Leistung) nur selten angefordert wird, ist es günstig, wenigstens eines, vorzugsweise beide Gebläse mit einer geringeren maximalen Gebläse-Leistung auszulegen, beispielsweise beide mit der halben maximalen Gebläse-Leistung, so dass sie zusammen die maximal erforderliche Leistung erbringen können. Die Auslegungspunkte beider Gebläse liegen dann jeweils irgendwo unterhalb der Hälfte der für die maximale Leistung des Heizgerätes benötigten Gebläse-Leistung, was für viele unterschiedliche Leistungen des Heizgerätes eine stromsparende Verteilung der jeweils zugehörigen Gebläse-Leistung auf beide Gebläse erlaubt und einen weiten Modulationsbereich für die Gebläse-Leistung zulässt.
  • Besonders bevorzugt haben beide Gebläse unterschiedliche Auslegungspunkte, an denen sie jeweils den geringsten Energieverbrauch pro Gebläse-Leistung aufweisen. Diese Variante ist besonders dann von Vorteil, wenn das Heizgerät vorwiegend bei ganz bestimmten Leistungen betrieben wird, die ungleichmäßig zwischen minimaler und maximaler Leistung verteilt sind, insbesondere hauptsächlich in der unteren Hälfte des Leistungsbereiches oder in der oberen Hälfte.
  • Zur Lösung der Aufgabe trägt auch besonders bei, wenn die Steuer- und Regeleinheit eingerichtet ist, die für eine vorgebbare Leistung des Heizgerätes notwendige Gebläse-Leistung so auf das erste Gebläse und das zweite Gebläse zu verteilen, dass der geringste Stromverbrauch entsteht.
  • Bei einem entsprechenden Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes, in dem Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Brenngas als Brennstoff einem Luftstrom beigemischt wird und das mit einem ersten Gebläse und einem zweiten in Reihe geschalteten Gebläse ausgestattet ist, werden je nach aktuell erforderlicher Leistung des Heizgerätes nur eines oder beide Gebläse betrieben. Für kleine Leistungen wird bevorzugt nur ein Gebläse eingesetzt, aber sobald dieses bei steigender Leistungsanforderung oberhalb seines Auslegungspunktes arbeitet, kann es sinnvoll sein, das zweite Gebläse zuzuschalten und dann die Leistung zu verteilen. Haben die Gebläse unterschiedliche Auslegungspunkte, so kann es bei Leistungsänderungen des Heizgerätes sogar sinnvoll sein, vom Betrieb nur des einen Gebläses auf den Betrieb nur des anderen Gebläses umzustellen (durch gleichzeitiges Hochfahren des anderen und Herunterfahren des einen). Insbesondere wird beim Betrieb nur eines Gebläses dasjenige ausgewählt, dessen Auslegungspunkt am nächsten an einer erforderlichen Gebläse-Leistung für die aktuell erforderliche Leistung des Heizgerätes liegt.
  • Außerdem wird beim Betrieb beider Gebläse die gesamte Gebläse-Leistung so auf das erste und das zweite Gebläse verteilt, dass der Stromverbrauch für diese gesamte Gebläse-Leistung minimiert wird. Hier liegt einer der besonderen Vorteile, weil es fast immer möglich ist, insgesamt näher an den Auslegungspunkten beider Gebläse zu arbeiten (und damit Strom zu sparen) als dies mit einem Gebläse (und einem Auslegungspunkt) möglich wäre.
  • In der Steuer- und Regeleinheit werden vorteilhafterweise Kalibrierdaten hinterlegt, die für jede gesamte Gebläse-Leistung die optimale Verteilung auf das erste und das zweite Gebläse angeben. Auf diese Weise kann ohne weitere Messungen und ohne Regelung jeweils die zu einer Leistung des Heizgerätes gehörige optimale Verteilung der Gebläse-Leistung auf die beiden Gebläse ermittelt und eingestellt werden.
  • Alternativ oder additiv (z. B. wenn sich die Eigenschaften der Gebläse mit der Zeit verändern) wird der Steuer- und Regeleinheit der aktuelle Stromverbrauch beider Gebläse zugeführt, wobei die Steuer- und Regeleinheit durch Änderungen der Verteilung der Leistung zwischen beiden Gebläsen ein Minimum des aktuellen Stromverbrauchs ermittelt und einstellt. Eine solche Ermittlung und Einstellung sind z. B. dadurch möglich, dass die Verteilung geringfügig in eine Richtung verändert wird. Steigt der Stromverbrauch dabei an, wird die Verteilung in die andere Richtung verändert. Steigt er auch da an, war die ursprüngliche Einstellung optimal. Fällt der Stromverbrauch in einer Richtung ab, wird so lange in dieser Richtung geändert, bis er wieder ansteigt. So kann ein Minimum gefunden werden.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft auch ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Anordnung das beschriebene Verfahren ausführt. Die beschriebene Verteilung der Gebläse-Leistung auf zwei Gebläse benötigt ein Programm und Daten, wobei beides z. B. gelegentlich aktualisiert werden muss. Das Computerprogrammprodukt kann zumindest teilweise in der Steuer- und Regeleinheit installiert sein.
  • Die Erläuterungen zum Verfahren können zur näheren Charakterisierung der Anordnung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Anordnung kann auch so eingerichtet sein, dass damit das Verfahren durchgeführt wird.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
    • Fig. 1:
    ein Heizgerät mit zwei an eine Steuer- und Regeleinheit angeschlossenen Gebläsen
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Heizgerät 1, welches über einen Lufteinlass 2 mit Umgebungsluft versorgt wird und über einen Brennstoffeinlass 3 mit Brennstoff, insbesondere Brenngas aus einem Versorgungsnetz. Über ein Brennstoffventil 5 wird Brennstoff der Luft beigemischt, und das entstehende Gemisch mittels eines ersten Gebläses 6 und eines zweiten Gebläses 7 einem Brenner 8 zugeführt. Der Brenner 8 verteilt das Gemisch im Verbrennungsraum 9, wo es verbrannt wird. Entstehende Verbrennungsgase werden einer Abgasanlage 10 zugeführt und von dort an die Umgebung abgegeben. Eine Steuer- und Regeleinheit 4 steuert über Steuerleitungen 11 das Brennstoffventil 5, und die Gebläse 6, 7. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das erste Gebläse 6 vor dem Brenner 8 und das zweite Gebläse 7 hinter dem Brenner 8 in der Abgasanlage 10 angeordnet. Es ist aber auch möglich, beide Gebläse 6, 7 vor dem Brenner 8 oder beide in der Abgasanlage 10 anzuordnen. Die dargestellte Anordnung erlaubt es, einen größeren Bereich für die Gebläse-Leistung und damit die Leistung des Heizgerätes 1 effizient und robust abzudecken als dies mit einem einzigen Gebläse der Fall wäre. Ist nur eines der Gebläse 6, 7 in Betrieb, so kann es sicher und robust bei einer minimalen Leistung betrieben werden, die ein größeres Gebläse nicht stabil erreichen könnte. Trotzdem können beide Gebläse 6, 7 zusammen die gleiche maximale Leistung erreichen wie ein größeres Gebläse. Daher lässt sich mit der beschriebenen Anordnung eine robuste und sichere Modulation über einen weiten Bereich durchführen. Dazu kommt, dass es, wie oben beschrieben, möglich ist, in weiten Grenzen die Verteilung der Leistung auf beide Gebläse 6, 7 so zu gestalten, dass der Stromverbrauch ein Minimum erreicht. Die Steuerung der Gebläse 6, 7 kann auf verschiedene bevorzugte Weisen ausgelegt sein:
    1. 1. Das erste Gebläse 6 kann angesteuert werden bei der kleinsten Leistung des Heizgerätes 1 bis hin zu einem vorgebbaren Teillastpunkt. Dann erst wird das zweite Gebläse 7 angesteuert von diesem Teillastpunkt bis hin zur Volllast.
    2. 2. Das erste Gebläse 6 kann angesteuert werden bei der kleinsten Leistung des Heizgerätes 1 bis hin zu einem vorgebbaren Teillastpunkt. Schon während dieser Teillastpunkt und während die maximale Leistung des ersten Gebläses 6 noch nicht erreicht sind, wird das zweite Gebläse 7 zugeschaltet bis zur Volllast.
    3. 3. Beide Gebläse werden vom Start an bis zur Volllast parallel angesteuert.
    4. 4. Haben die Gebläse 6, 7 sehr unterschiedliche Auslegungspunkte, so kann das Gebläse mit dem niedrigeren Arbeitspunkt für kleine Leistungen zuerst angesteuert werden, dann in einem bestimmten Teillastbereich das andere Gebläse mit dem höheren Arbeitspunkt übernehmen, wobei in einem oberen Leistungsbereich beide Gebläse 6, 7 bis zur Volllast angesteuert werden.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es, bei einem mit Brennstoff betriebenen Heizgerät 1 den Verbrauch an elektrischer Energie zu reduzieren und einen effizienten, robusten Betrieb bei hoher Verfügbarkeit in einem weiten Modulationsbereich der Gebläse-Leistung durchzuführen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Lufteinlass
    3
    Brennstoffeinlass
    4
    Steuer- und Regeleinheit
    5
    Brennstoffventil
    6
    Erstes Gebläse
    7
    Zweites Gebläse
    8
    Brenner
    9
    Verbrennungsraum
    10
    Abgasanlage
    11
    Steuerleitungen

Claims (9)

  1. Anordnung bestehend aus einem Heizgerät zum Betrieb des Heizgerätes (1), in welchem Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Brenngas als Brennstoff einem Luftstrom beigemischt, entstehendes Gemisch in einem Verbrennungsraum (9) verbrannt und entstehende Verbrennungsgase über eine Abgasanlage (10) abgeführt werden können, wobei das Heizgerät (1) ein erstes Gebläse (6) und in Reihe dazu geschaltet ein zweites Gebläse (7) aufweist, die über getrennte Steuerleitungen (11) mit einer Steuer- und Regeleinheit (4) verbunden und einzeln ansteuerbar sind; wobei die Steuer- und Regeleinheit (4) eingerichtet ist, die für eine vorgebbare Leistung des Heizgerätes (1) notwendige Gebläse-Leistung so auf das erste Gebläse (6) und das zweite Gebläse (7) zu verteilen, dass der geringste Stromverbrauch entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gebläse (6, 7) eine maximale Gebläse-Leistung aufweist, die geringer ist, als die für eine maximale Leistung des Heizgerätes (1) erforderliche gesamte Gebläse-Leistung.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Gebläse (6) und das zweite Gebläse (7) stromaufwärts von dem Verbrennungsraum (9) angeordnet sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite Gebläse (7) stromabwärts von dem Verbrennungsraum (9) in der Abgasanlage (10) angeordnet ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Gebläse (6, 7) unterschiedliche Auslegungspunkte haben, an denen sie jeweils den geringsten Energieverbrauch pro Gebläse-Leistung aufweisen.
  5. Verfahren zum Betrieb des Heizgerätes (1) in dem Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Brenngas als Brennstoff einem Luftstrom beigemischt wird, unter Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei je nach aktuell erforderlicher Leistung des Heizgerätes (1) nur eines oder beide Gebläse (6, 7) betrieben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei beim Betrieb nur eines Gebläses (6, 7) dasjenige ausgewählt wird, an dessen Auslegungspunkt am nächsten an einer erforderlichen Gebläse-Leistung für die aktuell erforderliche Leistung des Heizgerätes (1) liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei in einer vorgesehenen Steuer-und Regeleinheit (4) Kalibrierdaten hinterlegt werden, die für jede gesamte Gebläse-Leistung die optimale Verteilung auf das erste Gebläse (6) und das zweite Gebläse (7) angeben.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Steuer- und Regeleinheit (4) der aktuelle Stromverbrauch beider Gebläse (6, 7) zugeführt wird und die Steuer- und Regeleinheit (4) durch Änderungen der Verteilung der Leistung zwischen beiden Gebläsen (6, 7) ein Minimum des aktuellen Stromverbrauchs ermittelt und einstellt.
  9. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 das Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausführt.
EP22152206.3A 2021-01-25 2022-01-19 Anordnung und verfahren zum betrieb eines heizgerätes Active EP4033147B1 (de)

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EP4033147A2 EP4033147A2 (de) 2022-07-27
EP4033147A3 EP4033147A3 (de) 2022-08-03
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DE (1) DE102021101469A1 (de)

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