DE19822880A1

DE19822880A1 - Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte

Info

Publication number: DE19822880A1
Application number: DE19822880A
Authority: DE
Inventors: Johannes Krallmann; Ralf Krallmann; Hermann Twiehaus
Original assignee: Elektra Beckum AG
Current assignee: Elektra Beckum AG
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1999-12-02

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte, insbesondere für Einfamilienhäuser, mit einem Außengehäuse (1) und/oder einem Grundrahmen und darin einem vorzugsweise wassergekühlten Verbrennungsmotor (2), einem von dem Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Stromgenerator (3), einem mit dem Kühlkreislauf und vorzugsweise auch mit der Abgasführung (4) des Verbrennungsmotors (2) über Wärmetauscher (5) thermisch gekoppelten, im Betrieb an den Heizkreislauf des Kleinverbrauchsstandortes angeschlossenen Heizkreislaufabschnitt (6), einem Elektroanschluß (7) für den Stromgenerator (3) und einer elektronischen Steuerung (8). Diese Blockheizvorrichtung wird hinsichtlich der Anwendbarkeit in der Praxis dadurch verbessert, daß im Außengehäuse (1) auch ein konventioneller Heizungskessel (11) bzw. Brenner angeordnet und der Heizkreislaufabschnitt (6) auch mit dem Heizungskessel (11) thermisch gekoppelt ist und daß die elektronische Steuerung (8) den Verbrennungsmotor (2) und den konventionellen Heizungskessel (11) bedarfsabhängig steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte, ins besondere Einfamilienhäuser, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Blockheizvorrichtungen sind in einer großen Vielzahl von Varianten bekannt. Von einer für Kleinverbrauchsstandorte, insbesondere Einfamilienhäuser besonders ge eigneten Blockheizvorrichtung geht die vorliegende Patentanmeldung aus (DE-U- 296 05 834). Die bekannte Blockheizvorrichtung ist für eine Grundlast für den Stromverbrauch von etwa 0,8 kW ausgelegt, wobei die Heizleistung etwa das dop pelte der elektrischen Grundlast beträgt. Entsprechend größere Dimensionierungen sind für Standorte mit höherem Verbrauch anzupassen.

Gegenstand jener Entwicklung ist eine Konzeption, die es möglich machen soll, diese Blockheizvorrichtung unabhängig von einem größeren Stromnetz zu betreiben, also die Notwendigkeit einer Einspeisung überschüssigen Stroms in das öffentliche Netz unnötig zu machen. Dieses Thema ist bei Blockheizvorrichtungen der in Rede ste henden Art in vielen Fällen von großer Bedeutung und wird immer wieder angespro chen (DE-A-30 44 666).

Mit der zuvor erläuterten Thematik befaßt sich die vorliegende Patentanmeldung nicht oder nur am Rande. Insoweit kann auf den Stand der Technik zurückgegriffen werden, der hier verschiedene Varianten zeigt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich auch nur am Rande mit verschiedenen Steuerungstechniken und mit der Art und Weise der Kupplung des Verbrennungsmotors mit dem Stromgenerator unter Be rücksichtigung aller Anforderungen an Frequenzstabilität, Belastung von Stromgene rator und Verbrennungsmotor, Wirkungsgrad etc. . Auch das ist Gegenstand ver schiedener Veröffentlichungen im Stand der Technik (EP-A-0 298 164, DE-A- 41 02 636).

Bekannt ist es auch, bei einem klassischen, großen Blockheizkraftwerk zur Behei zung einer Hallenbades mit einer Mehrzahl von Stromerzeugungsmodulen (Gasturbinen, Dieselaggregate o. dgl. mit entsprechenden Stromgeneratoren) zur Aufnahme eines über längere Zeit erhöhten Wärmebedarfs einen oder mehrere Spit zenlastkessel (Heizungskessel) vorzusehen, in denen die von der Stromerzeugung her fehlende Wärme separat erzeugt wird (DE-C-196 02 330). Diese Vorveröffent lichung zeigt im übrigen eine Vielzahl von interessanten Informationen zu den unter schiedlichen Betriebsarten einer Blockheizvorrichtung, insbesondere zum stromge führten Betrieb und wärmegeführten Betrieb. Allerdings sind all diese Erläuterungen vor dem Hintergrund der aufwendigen Konstruktion bei größeren Gebäuden, hier eben einem Hallenbad, zu verstehen und nicht ohne weiteres auf Kleinverbrauchs standorte zu übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angesprochene, bekannte Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte hinsichtlich der Anwendbarkeit in der Praxis zu verbessern. Tatsache ist nämlich, daß sich im Grunde Blockheizvor richtungen für Kleinverbrauchsstandorte, insbesondere Einfamilienhäuser, am Markt überhaupt nicht durchgesetzt haben, sie werden kaum angeboten und eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte, ins be sondere Einfamilienhäuser, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 näher beschrieben. We sentlich ist, daß sich im Außengehäuse bzw. auf dem Grundrahmen der Blockheiz vorrichtung auch ein konventioneller Heizungskessel bzw. Brenner befindet, der in den Heizkreislauf mittels des Heizkreislaufabschnittes eingebunden ist. Die elektro nische Steuerung arbeitet dementsprechend so, daß sowohl der Verbrennungsmotor als auch der konventionelle Heizkessel bedarfsabhängig gesteuert wird, und zwar insbesondere vom Wärmebedarf abhängig, also wärmegeführt. Dadurch, daß alle Anl agenteile sich in dem Außengehäuse bzw. auf dem Grundrahmen der Blockheizvor richtung befinden, ersetzt die erfindungsgemäße Blockheizvorrichtung praktisch ohne platzmäßigen Mehrbedarf eine konventionelle Heizungsanlage mit lediglich ei nem Heizungskessel. Natürlich müssen dafür die Abmessungen des Außengehäuses entsprechend gewählt werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel im Prinzip darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch das Prinzip der erfindungsgemäßen Blockheizvorrichtung.

Dargestellt ist das Prinzip einer erfindungsgemäßen Blockheizvorrichtung für Klein verbrauchsstandorte, wie es insbesondere Einfamilienhäuser sind. Vorgesehen ist zunächst das auch aus dem den Ausgangspunkt bildenden Stand der Technik be kannte Außengehäuse 1, das für die Lehre der Erfindung auch lediglich durch einen bestimmte Maße einhaltenden Grundrahmen repräsentiert sein kann. Allerdings wird man meist auch ein komplettes Außengehäuse einsetzen, allein aus Gründen der Schallisolation, aber auch der Wärmeisolation. Das alles ist für sich aus dem Stand der Technik bekannt.

Im Außengehäuse 1 befindet sich zunächst ein Verbrennungsmotor 2, der hier auch nur schematisch angedeutet ist. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines was sergekühlten Verbrennungsmotors 2, beispielsweise eines Zweizylinder-Viertakt-Ver brennungsmotors mit 400 bis 600 ccm, der mit Gas oder Heizöl betrieben wird. Vom Verbrennungsmotor 2 wird, normalerweise über ein Getriebe, ein Stromgenerator 3 angetrieben, es handelt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen 3-Phasen Stromgenerator 3. Für die Kopplung zwischen Verbrennungsmotor 2 und Stromgene rator 3 gibt es eine Vielzahl von Alternativen und Besonderheiten, die beachtet wer den sollten. Dazu darf auf den eingangs angesprochenen Stand der Technik, bei spielsweise die EP-A-0 298 164 verwiesen werden. Insbesondere sind Gesichts punkte wie die Frequenzstabilität von erheblicher Bedeutung.

Mit dem Kühlkreislauf und vorzugsweise auch mit der Abgasführung 4 des Verbren nungsmotors 2 über Wärmetauscher 5 thermisch gekoppelt ist ein im Betrieb an den Heizkreislauf des Kleinverbrauchsstandortes angeschlossener Heizkreislaufabschnitt 6 mit Rücklaufanschluß 6a für den Heizungsrücklauf des Heizkreislaufes und Vor laufanschluß 6b für den Heizungsvorlauf des Heizkreislaufes des Standortes. Im dar gestellten und beschriebenen, jedoch nur bevorzugten Ausführungsbeispiel wird also nach dem Prinzip der Rücklauftemperaturanhebung gearbeitet.

Vorgesehen ist auch ein nur angedeuteter Elektroanschluß 7 für den Stromgenerator 3 und eine elektronische Steuerung 8, wobei dargestellt ist, daß der Elektroanschluß 7 für den Stromgenerator 3 natürlich über die elektronische Steuerung 8 geführt oder jedenfalls steuerungstechnisch von ihr gesteuert wird. Die elektronische Steuerung 8 sorgt für die komplette Steuerung der Blockheizvorrichtung, also beispielsweise bei Anschluß an das öffentliche Stromnetz auch für Art und Umfang der Einspeisung in das öffentliche Stromnetz.

Erkennbar ist im übrigen in der Abgasführung 4 des Verbrennungsmotors 2 noch ein möglicherweise vorgesehener Schalldämpfer und/oder ein 3-Wege-Katalysator 9. Außerdem befindet sich am oberen Ende des Außengehäuses 1 ein Abgasanschluß 10, der bei in Betrieb befindlicher Blockheizvorrichtung an den Schornstein etc. des Ein familienhauses anzuschließen ist.

Interessant ist nun, daß sich im Außengehäuse 1 auch noch ein konventioneller Hei zungskessel 11 bzw. Brenner befindet. Es kann sich hier um einen kleinen, aber wirk samen Heizungskessel 11 handeln, beispielsweise einen Brennwertkessel moderner, aber handelsüblicher Bauart. Wesentlich ist, daß der Heizkreislaufabschnitt 6 auch mit dem Heizungskessel 11 thermisch gekoppelt ist und daß die elektronische Steuerung 8 den Verbrennungsmotor 2 und den konventionellen Heizkessel 11 bedarfsabhängig steuert. Wir haben es hier praktisch mit einem nachgeschalteten Spitzenlastkessel zu tun, dessen Besonderheit aber darin liegt, daß er in das Außengehäuse 1 der Block heizvorrichtung integriert und damit integraler Bestandteil dieser Anlage geworden ist.

Diese Konzeption widerspricht der bisherigen Konzeption, die davon ausgeht, daß eine Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte, insbesondere für Einfami lienhäuser, einen konventionellen Heizkessel ersetzen soll. Tatsache ist, daß hier ein konventioneller Heizungskessel 11, allerdings meist mit erheblich geringerer Leistung als normal eingesetzt bleibt, aber nur als Spitzenlastkessel verwendet wird.

Wie weiter oben schon erläutert worden ist, ist es besonders zweckmäßig, daß die elektronische Steuerung 8 vom Wärmebedarf abhängig, also wärmegeführt steuert. Theoretisch möglich ist auch eine vom Strombedarf abhängige Steuerung, also eine stromgeführte Steuerung. Das ist im Stand der Technik, der oben angesprochen wor den ist, ausführlich erläutert worden (DE-C-196 02 330). Da der Verlauf des Wär mebedarfes eines Kleinverbrauchsstandortes, insbesondere eines Einfamilienhauses aber wesentlich besser vorausberechnet werden kann und wesentlich geringeren kurzfristigen Schwankungen unterliegt als der Strombedarf, ist der Wärmebedarf des Kleinverbrauchsstandortes die zweckmäßigere Führungsgröße für die elektronische Steuerung 8.

In mechanischer Hinsicht zeigt bereits die den Ausgangspunkt für die Lehre der Er findung bildende vorveröffentlichte Druckschrift, die DE-U-296 05 834, die An ordnung der Anlage bzw. von Teilen davon auf einem Fahrgestell 12, das auch im vorliegenden Fall eingesetzt ist. Das macht die Angelegenheit sehr reparaturfreund lich. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei vorgesehen, daß der wartungsin tensive Teil der Anlage, das ist insbesondere der Verbrennungsmotor 2, mit dem Fahr gestell 12 aus dem dazu öffenbaren Außengehäuse 1 herausgefahren werden kann. Durch die mittige gestrichelte Linie angedeutet ist, daß der weniger wartungsinten sive Heizungskessel 11 und die völlig wartungsfreie elektronische Steuerung 8 im Außengehäuse 1 ortsfest verbleiben. Der gestrichelte Pfeil deutet die Ausschwenk möglichkeit einer Wandung des Außengehäuses 1 an.

Wesentlich für die optimale Funktion der erfindungsgemäßen Blockheizvorrichtung ist die Art der Steuerung der Anlage durch die elektronische Steuerung 8. Dazu ist nach bevorzugter Lehre vorgesehen, daß die elektronische Steuerung 8 von einer be stimmten thermischen Mindestlast bis zu einer thermischen Grenzlast nur den Ver brennungsmotor 2 einschaltet, oberhalb der Grenzlast den Heizungskessel 11 zu schaltet und unterhalb der Mindestlast den Verbrennungsmotor 2 ab schaltet und in diesem Bereich bei geringem Wärmebedarf gelegentlich den Heizungskessel 11 ein schaltet.

Liegt die thermische Gesamtanforderung der Gebäudeheizung unterhalb der vom Verbrennungsmotor 2 benötigten Kühlleistung, so wird der Verbrennungsmotor 2 von der elektronischen Steuerung 8 abgeschaltet und nur der Heizungskessel 11, der flexibel an- und abgeschaltet werden kann, gewährleistet die verbleibende minimale Wärmeversorgung. Das ist insbesondere für Sommermonate interessant, in denen le diglich Warmwasserbedarf, aber kein Heizungsbedarf besteht.

In elektrischer Hinsicht ist der 3-Phasen-Stromgenerator besonders zweckmäßig, weil eine Einspeisung auf alle drei Phasen des Haushaltsnetzes möglich ist. Die elektro nische Steuerung 8 überwacht eine Vielzahl von Parametern, unter anderem Phasen symmetrie, Frequenz, Spannung und ggf. auch Ausfall. Notfalls wird durch die elektronische Steuerung 8 mit minimaler Zeitverzögerung eine Trennung der Block heizvorrichtung vom Netz erreicht.

Erwähnt worden ist bereits, daß die elektronische Steuerung 8 natürlich auch die Ein speisung in das öffentliche Stromnetz steuert bzw. die Entnahme von Strom aus dem öffentlichen Stromnetz bei stehendem Verbrennungsmotor 2, insbesondere in Phasen sehr niedrigen Wärmebedarfes unterhalb der Mindestlast.

Baulich ist es wichtig, daß das Außengehäuse 1 bestimmte Abmessungen nicht über schreitet, daß es also durch Gebäudeöffnungen unproblematisch in den Heizungs keller des Kleinverbrauchsstandortes gebracht werden kann. Dazu ist nach bevor zugter Lehre vorgesehen, daß das Außengehäuse 1 Abmessungen von maximal 700 bis 800 mm in der Breite und in der Tiefe und maximal 1.500 und 1.700 mm in der Höhe aufweist.

In der Regel gilt, daß man, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, als Puffer speicher im Heizkreislauf einen Warmwasserspeicher vorsehen kann. Ebenso kann man dem Stromgenerator 3 wie an sich bekannt einen Energiespeicher zuordnen. Dabei kann es sich um einen Speicher für elektrische Energie handeln, was natürlich erheblichen Platzbedarf verursacht, oder einen mechanischen Energiespeicher, bei spielsweise einen Schwungradspeicher, wie sie heute zunehmend propagiert werden.

Die äußeren Anschlüsse der erfindungsgemäßen Blockheizvorrichtung sind denkbar wenige. Für den Heizkreislauf benötigt man den Rücklaufanschluß 6a und den Vor laufanschluß 6b. Dann benötigt man Versorgungsanschlüsse für Gas und/oder Öl für den Verbrennungsmotor 2 und den Heizungskessel 11. Aufgrund der hervorragenden Kühlwirkung der Wärmetauscher kann der Abgasanschluß 10 in vielen Fällen in Kunststoff ausgeführt werden, weil das Abgas so weit herabgekühlt worden ist. Schließlich benötigt man die erforderlichen Stromanschlüsse für das Haushaltsnetz und die Einspeisung in das öffentliche Netz.

Claims

I. Blockheizvorrichtung für Kleinverbrauchsstandorte, insbesondere für Einfamilien häuser,
mit einem Außengehäuse (1) und/oder einem Grundrahmen und darin einem vorzugsweise wassergekühlten Verbrennungsmotor (2),
einem von dem Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Stromgenerator (3),
einem mit dem Kühlkreislauf und vorzugsweise auch mit der Abgasführung (4) des Verbrennungsmotors (2) über Wärmetauscher (5) thermisch gekoppelten, im Betrieb an den Heizkreislauf des Kleinverbrauchsstandortes angeschlossenen Heizkreis laufabschnitt (6),
einem Elektroanschluß (7) für den Stromgenerator (3) und
einer elektronischen Steuerung (8),
dadurch gekennzeichnet,
daß im Außengehäuse (1) auch ein konventioneller Heizungskessel (11) bzw. Brenner angeordnet und der Heizkreislaufabschnitt (6) auch mit dem Heizungskessel (11) thermisch gekoppelt ist und
daß die elektronische Steuerung (8) den Verbrennungsmotor (2) und den konventio nellen Heizungskessel (11) bedarfsabhängig steuert.
2. Blockheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elek tronische Steuerung (8) vom Wärmebedarf anhängig steuert.
3. Blockheizvorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die elek tronische Steuerung (8) vom Strombedarf abhängig steuert.
4. Blockheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage oder Teile davon auf einem Fahrgestell (12) angeordnet sind.
5. Blockheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (8) von einer bestimmten thermischen Mindestlast bis zu einer thermischen Grenzlast nur den Verbrennungsmotor (2) einschaltet, ober halb der Grenzlast den Heizungskessel zuschaltet und unterhalb der Mindestlast den Verbrennungsmotor (2) abschaltet und nötigenfalls nur den Heizungskessel (11) ein schaltet.
6. Blockheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (1) Abmessungen von max. 700 bis 800 mm in der Breite und in der Tiefe und max. 1.500 bis 1.700 mm in der Höhe aufweist.