Schlussbericht zu Nr. 8.2 (NKBF 98) KMU Innovativ Klimaschutz: Heißluftgebläse

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1 zu Nr. 8.2 (NKBF 98) KMU Innovativ Klimaschutz: Heißluftgebläse Förderkennzeichen: 01LY0804A Gasbefeuertes Heißluftgebläse zur Substitution von elektrisch beheizten Heißluftgebläsen großer Leistung für den höheren Temperaturbereich Projektbeginn: Projektende: Ausführender: promeos GmbH Seite 1 von 26

2 INHALTSVERZEICHNIS I. Kurzdarstellung Aufgabenstellung Voraussetzungen für die Durchführung des Vorhabens Planung und Ablauf des Vorhabens, Wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde Zusammenarbeit mit anderen Stellen II. Eingehende Darstellung Erzieltes Produktentwicklungsergebnis Ergebnisse der Geräteerprobung Voraussichtlicher Nutzen und Verwertbarkeit des Ergebnisses Bekannt gewordener Fortschritts auf dem Gebiet bei anderen Stellen Veröffentlichungen des Ergebnisses Literaturverzeichnis Seite 2 von 26

3 I. Kurzdarstellung 1. Aufgabenstellung Technische Motivation und Ziele: Ersatz der hochwertigen elektrischen Energie in Erwärmungsprozesse durch die fossilen Energieträger Erd- und Flüssiggas Realisierung sehr hoher und / oder sehr heißer Luftströme Hohe Modulationsrate (Leistung, Temperatur) Moderne Steuerungstechnik Kompaktheit Die Herausforderung: Das Mischungsproblem Homogene Vermischung von Brennerabgas und Luft ohne Rückwirkungen auf den Verbrennungsprozess, auch bei kleinen und großen Massenströmen von Luft und Brennerabgas. Die Lösung der Herausforderung: Optimierte Zuführung und Verteilung von Luft und Brennerabgas gewährleisten homogene Mischung in kleinstem Volumen 2. Voraussetzungen für die Durchführung des Vorhabens Die Realisierbarkeit des Gegenstands des Forschungsvorhabens wurde durch Vorstudien grundsätzlich abgesichert. Dennoch bestanden erhebliche technische Risiken und Hürden, um das Lösungskonzept in ein erfolgreiches Produkt zu überführen. Wirtschaftliche Motivation: Das Vorhaben bedeutete für die im Jahr 2004 mit dem Deutschen Gründerpreis ausgezeichnete promeos GmbH und ihren knapp 30 Mitarbeitern die Möglichkeit, sich vorwärts zu integrieren und volkswirtschaftlich zudem die Chance, mit vergleichsweise begrenztem Aufwand und Risiko ein neues energiesparendes Standardprodukt für den Weltmarkt für bestehende Anwendungen zu schaffen und neue Anwendungen zu ermöglichen. Die Porenbrennertechnologie ist eine Technik, die am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Erlangen-Nürnberg entwickelt wurde und durch promeos Patente weltweit geschützt ist. Das Funktionsprinzip beruht auf der vorgemischten Verbrennung innerhalb inerter poröser Medien. Die Verwendung vor vorgewärmter Luft zur Verbesserung der energetischen Systemeffizienz ist bei Porenbrennern zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht möglich bzw. reduziert die Standzeiten erheblich. Alle für das Vorhaben, also die Verfahrens- und Geräteentwicklung notwendigen Kompetenzen, sind im Unternehmen vorhanden. Seite 3 von 26

4 3. Planung und Ablauf des Vorhabens, Das Projekt hatte eine Laufzeit von 24 Monaten ( ) und gliederte sich in sechs Arbeitspakete. AP Projektmonat Konzeptauswahl 2. Funktionsmuster 3. Komponentenauslegung 4. Prototyp I 5. Seriennaher Prototyp II 6. Pilotanwender 7. Abschließende Auswertung Zeitplan: Übersichtsplan des realisierten Gesamtvorhabens Das Projekt konnte terminlich per und technisch erfolgreich beendet werden. 4. Wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde Bekannte Konstruktionen, Verfahren und Schutzrechte, die für die Durchführung des Vorhabens benutzt wurden: Das entwickelte Verfahren und das zur Realisierung entwickelte Gerät bauen auf dem Porenbrenner und den es absichernden internationalen Schutzrechten auf. Da das angestrebte Entwicklungsergebnis den Stand der Technik von elektrisch beheizten Heißluftquellen übertreffen sollte, wurde deren Eigenschaften als Messlatte für die eigene Entwicklung verwendet. Verwendeten Fachliteratur und benutzte Informations- und Dokumentationsdienste: Es wurden im Wesentlichen neben wärme- und verfahrenstechnischen Tabellenwerken interne frühere Entwicklungsberichte zugrunde gelegt. 5. Zusammenarbeit mit anderen Stellen. Es wurden keine Dritte in die Entwicklung eingebunden. Seite 4 von 26

5 II. Eingehende Darstellung 1. Erzieltes Produktentwicklungsergebnis Das anwendungsnahe vorwettbewerbliche Entwicklungsvorhaben hatte zum technischen Ziel, eine vorserienreife gasbefeuerte Heißluftquelle für industrielle Prozesswärme zu entwickeln, die in der Lage sein soll, die den Stand der Technik repräsentierenden elektrisch beheizten großen Geräte zu ersetzen. Das Thema beinhaltete in erster Linie die Entwicklung einer geregelten Sekundärluftzumischung zum Abgasstrom des vorhandenen patentierten Gasporenbrenners, um die Heizleistung und die Heißlufttemperatur unabhängig voneinander regeln zu können. Darüber hinaus gilt es, alle Komponenten industrietauglich in ein kompaktes Gerät zu integrieren und durch eine leistungsstarke Steuerung nutzbar zu machen. Die wirtschaftliche Zielsetzung des Projektes "Gasleister auf der Basis der Porenbrennertechnologie" ist es, die Einsatzmöglichkeiten dieser Beheizungsart auszuweiten, die Betriebs- und Investitionskosten zu senken und Energie und Emissionen einzusparen. Im Einzelnen bedeutet dies: 1) eine Lösung für das Kundenbedürfnis nach höherer Leistung und / oder höherer Heißlufttemperatur im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik verfügbaren elektrisch beheizten Heißluftgebläsen zu erzielen. 2) im Leistungsbereich elektrisch beheizter Geräte diese bei gleicher Effizienz durch gasbefeuerte Geräte zu ersetzen und damit eine erhebliche Primärenergieersparnis und Emissionsreduktion (je nach Stromerzeugungsmix) zu ermöglichen. 3) die Betriebskosten durch die Substitution von Strom durch Gas je verbrauchter kwh zu reduzieren und im Bereich der Investitionskosten gg.falls eine häufig notwendige Erhöhung der elektrischen Anschlussleistung zu vermeiden. Das innovative Gerätekonzept (Abb. 1) zeichnet sich nun aus durch: Homogene Vermischung von Brennerabgas und Luft ohne Rückwirkungen auf den Verbrennungsprozess, auch bei kleinen und großen Massenströmen von Luft und Brennerabgas Optimierte Zuführung und Verteilung von Luft und Brennerabgas gewährleisten homogene Mischung in kleinstem Volumen Nicht mehr Druckverlust als notwendig (Abb. 4), das reduziert die erforderliche Gebläsegröße und Gebläseleistung Homogene Vermischung ohne negative Auswirkungen auf die Emissionswerte (Abb. 2, 3, 5, 6) Abbildung 1: Prototyp 3 Seite 5 von 26