Vorrichtung zum Regeln der Wärmeleistung eines Festbrennstoffheizkessels

Abstract

 Vorrichtung zum Regeln der Wärmeleistung eines Festbrennstoffheizkessels durch temperaturabhängige Regelung der von einem Zuluftgebläse dem Kessel zugeführten Zuluftmenge. Das Zuluftgebläse ist an ein Regelgerät angeschlossen, das für eine Änderung der dem Kessel zugeführten Zuluftmenge sorgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Wärmeleistung eines Festbrennstoffheizkessels durch temperaturabhängige Regelung der von einem Zuluftgebläse dem Kessel zugeführten Luftmenge.

[0002] Bei Vorrichtungen dieser Art ist es bekannt, über einen Regelthermostaten das Zuluftgebläse bei sinkender Kesseltemperatur einzuschalten und bei steigender Kesseltemperatur abzuschalten, um auf diese Weise die Wärmeabgabe des Fest­brennstoffheizkessels dem Bedarf anzupassen.

[0003] Bei einer derartigen Vorrichtung wird durch Ein- bzw. Abschalten des Zuluftge­bläses nur die Wärmemenge erzeugt, die für Beheizung, Brauchwasser und der­gleichen momentan notwendig ist. Dies führt zu sprunghaften Änderungen in der Leistungsabgabe. Im Teillastbereich der Heizperiode führt dies zu erhöhtem Schadstoffausstoß und zu unkontrollierten Verbrennungsvorgängen.

[0004] Die Anpassung der Leistungsabgabe des Festbrennstoffkessels an die benötigte Leistung, insbesondere der Übergang von Vollast auf Schwachlast, ist jedoch bei Festbrennstoffheizkessen, d.h. Heizkesseln, die insbesondere mit Stückholz be­schickt werden, problematisch. Durch Sauerstoffmangel im Kessel kommt es bei zu geringer Wärmeabnahme zu den für Kessel, Kamin und Umwelt schädlichen Sottungsphasen, bei denen ein großer Teil der Energie unnütz verlorengeht. Holz enthält etwa 85% gasende Bestandteile. Das Abschalten des Luftgebläses bei Er­reichen der Kesseltemperatur hat bei bekannten Vorrichtungen insbesondere einen steilen Anstieg der Emission von Kohlenmonoxid zur Folge.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die im Nennlastbetrieb bereits bisher erzielten guten, insbesondere um­weltschonenden, Verbrennungswerte auch auf die Schwachlastphase zu übertra­gen und insbesondere dem in hohem Maße unerwünschten Schadstoffausstoß bei Leistungsminderung zu begegnen.

[0006] Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zuluftgebläse an ein für eine nur sehr langsame Änderung der dem Kessel zugeführten Zuluftmenge sorgendes Regelgerät angeschlossen ist. Vorzugsweise ist dabei das Regelgerät derart aus­gelegt, daß es nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Kessels das

[0007] Zuluftgebläse mit einer hohen Zeitkonstanten langsam auf eine minimale Lei­stung drosselt und erst dann abschaltet. Die Zeitkonstante kann beispielswiese in der Größenordnung von 5 bis 30 min liegen. Als besonders geeignet erwies sich beispielsweise eine Zeitkonstante von etwa 10 bis 20 min.

[0008] Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet besonders umweltfreundlich, wäh­rend zugleich ein hoher Wirkungs- und Nutzungsgrad aufrechterhalten wird.

[0009] Vorzugsweise bestimmt das vorgesehene Regelgerät die Drehzahl des Zuluftge­bläses, obwohl es grundsätzlich auch möglich ist, das Regelgerät auf eine mecha­nische Luftregeleinrichtung zum Beeinflussen der in den Kessel eingeführten Luftmenge einwirken zu lassen.

[0010] Für die Regelung der dem Kessel zugeführten Luftmenge können als Einflußfak­toren zweckmäßig die Kesseltemperatur, die Heizkreisvorlauftemperatur, die Kesselrücklauftemperatur, die Abgastemperatur und die Außentemperatur ein­zeln, in Kombination oder in beliebigen Teilkombinationen berücksichtigt wer­den.

[0011] In Reihe mit einem dem Antrieb des Zuluftgebläses dienenden Gebläsemotor liegen zweckmäßig ein Sicherheitstemperaturbegrenzer und/oder ein Türkon­taktschalter, mittels deren das Gebläse abgeschaltet wird, wenn eine vorbe­stimmte Höchsttemperatur überschritten bzw. die Füllschachtentgasung bzw. die Kesseltüre geöffnet wird.

[0012] An das Regelgerät können zusätzliche Baugruppen angeschlossen sein, insbeson­dere ein oder mehrere dem Heizkreis zugeordnete Motormischer und/oder ein bzw. mehrere mit dem Heizkreis verbundene zusätzliche Pufferspeicher, die über einen Motormischer logisch be- bzw. entladen werden.

[0013] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Heizanlage mit erfindungsgemäß ausgebilde­ter Regelvorrichtung,

Fig. 2 das bei der Anlage nach Fig. 1 verwendete Regelgerät mit daran angeschlossenen Baugruppen, und

Fign. 3 bis 5 abgewandelte Heizanlagen.

[0014] In Fig. 1 ist ein Festbrennstoffheizkessel insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Kessel 10 weist einen Brennstoff-Füllraum 11 auf, in den nach Öffnen einer Fülltür 12 fester Brennstoff, insbesondere Stückholz, eingebracht werden kann. Auf der Fülltür 12 ist ein Zuluftgebläse 13 montiert. Mittels des Gebläses 13 kann in den Brennstoff-Füllraum 11 Zuluft eingeblasen werden. An der der Fülltür 12 gegen­überliegenden Seite des Heizkessels 10 befinden sich ein Heizungsvorlaufan­schluß 14, ein Rauchrohr 15 und ein Heizungsrücklaufanschluß 16. Der Vorlauf­anschluß 14 steht über eine Leitung 17 mit dem Einlaß eines beliebigen Wärme­tauschers 18 in Verbindung, dessen Auslaß über Leitungen 19 und 20 mit dem Rücklaufanschluß 16 verbunden ist. Es versteht sich, daß an Stelle eines Wärme­tauschers auch eine Mehrzahl solcher Wärmetauscher vorgesehen sein kann. In der Leitung 17 sitzt eine Heizungs- oder Umwälzpumpe 21. Über Leitungen 22, 23 und die Leitungen 17, 20 steht ferner ein Brauchwasserspeicher 24 mit dem Vorlauf- und dem Rücklaufanschluß 14 bzw. 16 in Verbindung. In der Leitung 23 liegt eine Speicherladepumpe 25.

[0015] Ein mit einem Anzeige- oder Displayfeld 26 versehenes Regelgerät ist in Fig. 1 bei 27 veranschaulicht. Eingänge des Regelgeräts 27 sind über eine Leitung 28 an einen die Vorlauftemperatur bestimmenden Vorlauffühler 29 (Fig. 2), über eine Leitung 30 an einen die Rücklauftemperatur ermittelnden Kesselrücklauffühler 31, über eine Leitung 32 an einen die Kesseltemperatur überwachenden Kessel­fühler 33, über eine Leitung 34 an einen die Abgastemperatur bestimmenden Abgasfühler 35, über eine Leitung 36 an einen die Raumtemperatur bestimmen­den Raumfühler 37 sowie über eine Leitung 38 an einen die Außentemperatur überwachenden Außenfühler 39 angeschlossen. Ausgänge des Regelgerätes 27 stehen über eine Leitung 40 mit dem Zuluftgebläse 13, über eine Leitung 41 mit der Heizungspumpe 21 und über eine Leitung 42 mit der Speicherladepumpe 25 in Verbindung. Eine Leitung 43 verbindet das Regelgerät 27 mit einer Fern- oder Wohnungsanzeige 44. Schließlich steht das Regelgerät 27 mit dem Kessel 10 über eine Fernzünd- oder Startleitung 45 in Verbindung.

[0016] Die Stromversorgung der Heizanlage einschließlich des Regelgerätes 27 erfolgt aus Netzleitungen L und N (Fig. 2) über einen Netzschalter S1 und eine Netzein­gangssicherung F1. Befindet sich der Netzschalter S1 in der Stellung AUS, ist ein gegebenenfalls an einem Ausgang BRENNER ÖL/GAS angeschlossener Bren­ner dauernd freigegeben, da dieser Ausgang an einem Ruhekontakt 46 hängt. Auf diese Weise kann der Brenner eines eventuell angeschlossenen Öl/Gaskessels be­trieben werden. In der Stellung AUS des Netzschalters S1 ist die Stromversor­gung für das Regelgerät 27 sowie alle an dieses Gerät angeschlossenen Verbrau­cher abgeschaltet. In der Stellung EIN des Netzschalters S1 ist das Regelgerät 27 eingeschaltet.

[0017] Mit Hilfe eines Betriebsarten-Wahlschalters S2 sind zwei Betriebsarten, nämlich Handbetrieb und Automatikbetrieb, wählbar. In der Stellung "Auto" des Be­triebsarten-Wahlschalters S2 verarbeitet das Regelgerät 27 die Meßwerte der an­geschlossenen Fühler, und es steuert die Drehzahl des Zuluftgebläses 13 in Ab­hängigkeit von diesen gemessenen Werten. Wird der Wahlschalter S2 in die Stellung "Hand" gebracht, läuft das Zuluftgebläse 13 mit maximaler Drehzahl. Der Brenner ist dauernd blockiert. In Reihe mit dem Gebläsemotor liegt bei Handbetrieb ein Kesseltemperaturwächter 47, der auf eine vorbestimmte Kessel­temperatur fest eingestellt ist und bei Überschreiten dieser Temperatur das Ge­bläse 13 abschaltet.

[0018] Unabhängig von der Schaltstellung des Wahlschalters S2 liegen in Reihe mit dem Gebläsemotor ein Sicherheitstemperaturbegrenzer 48 und ein Türkontaktschalter 49. Über den Sicherheitstemperaturbegrenzer 48 wird das Gebläse in jedem Fall abgeschaltet, sobald eine vorbestimmte Höchsttemperatur (z.B. 110°C) über­schritten wird. Der Türkontaktschalter 49 sorgt für ein selbsttätiges Abschalten des Gebläses 13 beim Öffnen der Füllschachtentgasung bzw. der Fülltüre 12 des Kessels 10.

[0019] Der Sollwert der Kesseltemperatur wird zweckmäßig aus der Außentemperatur und der Steilheit bestimmt. Die Steilheit kann ihrerseits vorzugsweise am Regel­gerät 27 eingestellt werden. Zusätzlich ist vorteilhafterweise dafür gesorgt, daß sich die Differenz der Kesselvorlauftemperatur und der Kesselrücklauftempera­ tur auf den Sollwert der Kesseltemperatur auswirkt. Der Rücklauffühler 31 ist je­doch optional; bei nichtvorhandenem Rücklauffühler bleibt die Rücklauftempe­ratur unberücksichtigt.

[0020] Nach Beschicken des Kessels 10 mit festem Brennstoff und dem Anzünden wird der Startvorgang der Kesselregelung durch Betätigung eines Start-Tasters 50 aus­gelöst. Unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (Kesselminimalbegrenzung ) wird das Zuluftgebläse 13 für eine von einem Zeitglied bestimmte Zeitspanne mit der Maximaldrehzahl zum Laufen gebracht. Wird während dieser Zeitspanne die Kesselminimaltemperatur nicht überschritten, wird das Gebläse 13 abgeschaltet. Wird dagegen die Kesselminimalbegrenzung während der von dem Zeitglied vor­bestimmten Startzeitspanne überschritten, setzt der normale Regelbetrieb ein. Dabei wird die Heizungspumpe 21 zugeschaltet, sobald die Kesseltemperatur eine Mindesttemperatur überschreitet. Sinkt die Kesseltemperatur wieder ab, werden die Pumpen 21 und 25 abgeschaltet. Im Bereich zwischen der Mindest­temperatur und einer Höchsttemperatur wird die Gebläsedrehzahl zweckmäßig durch die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Kesseltempe­ratur bestimmt. Befindet sich der Istwert der Kesseltemperatur um mindestens einen vorbestimmten Differenzbetrag unter dem Sollwert, läuft das Gebläse 13 auf Maximaldrehzahl. Steigt die Kessel-Isttemperatur an und wird dabei die Ab­weichung zwischen Soll- und Istwert kleiner als der vorbestimmte Differenzbe­trag, wird die Gebläsedrehzahl gesenkt, bis nach Erreichen der Solltemperatur das Gebläse 13 stillgesetzt wird. Dabei wird die Drehzahl nur langsam, d.h. mit hoher Zeitkonstante, geändert.

[0021] Die Kesseltemperatur-Maximalbegrenzung soll gedämpft reagierten, derart, daß ab einer bestimmten Kesseltemperatur die Gebläsedrehzahl gedrosselt wird, bis bei einer maximalen Temperatur der Stillstand des Gebläses 13 eintritt. Sollte letzteres im Einzelfall nicht möglich sein, ist die Maximalbegrenzung mit einer Hysterese von einigen °C zu versehen.

[0022] Außer den vorstehend genannten Einflußfaktoren wirkt auf die Drehzahl des Gebläses 13 vorzugsweise auch die Abgastemperatur. Wird eine vorgegebene Abgastemperatur-Maximalbegrenzung überschritten, wird die Gebläsedrehzahl zeitlich verzögert reduziert. Wird eine vorbestimmte Abgastemperatur-Minimal­begrenzung dagegen unterschritten, wird die Gebläsedrehzahl zeitlich verzögert angehoben.

[0023] Kommt es nach normalem Heizbetrieb wieder zu einer Unterschreitung der Kes­selminimaltemperatur, wird das oben erwähnte Zeitglied erneut gestartet. Bei Unterschreiten der Kesselminimaltemperatur wird zweckmäßig die Wohnungsan­zeige 44 in Betrieb gesetzt.

[0024] Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Vorlaufleitung 17 und die Rücklaufleitung 19 an einen Motormischer 51 angeschlossen. Dabei kann zweckmäßig das Regelgerät 27 für eine witterungsgeführte Vorlauftemperaturre­gelung ausgelegt sein und den Mischer 51 zur Regelung der Vorlauftemperatur ansteuern. Die Außentemperatur wird von dem ohnehin vorhandenen Außen­fühler 39 übernommen. Der Raumfühler 37 oder ein Fernbedienregler können wahlweise angeschlossen werden. Die Reglerausgangsleitung zum Ansteuern des Motormischers 51 ist bei 52 dargestellt. 59 ist ein Vorlauffühler.

[0025] Im Falle der in Fig. 4 veranschaulichten abgewandelten Ausführungsform sitzt nach dem Heizkessel 10 ein zusätzlicher Pufferspeicher 53, wie er an sich aus der DE-OS 36 24 864 bekannt ist. Dem Pufferspeicher 53 sind eine Umwälzpumpe 54 und ein Motormischer 55 zugeordnet. Die Umwälzpumpe 54 liegt in der Rück­laufleitung 20. Der Motormischer 55 ist mit dieser Rücklaufleitung 20 und einer Verbindungsleitung 56 zwischen einer unteren Anschlußleitung 57 und einer obe­ren Anschlußleitung 58 verbunden. Der Motormischer 55 wird zweckmäßig von dem Regelgerät 27 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Kesseltempe­ratur und der Kesselrücklauftemperatur angesteuert.

[0026] Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind sowohl der Mi­scher 51 gemäß Fig. 3 als auch der Mischer 55 gemäß Fig. 4 vorhanden. Beide Mischer werden vorteilhaft von dem Regelgerät 27 angesteuert.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Regeln der Wärmeleistung eines Festbrennstoffheizkessels zum Zweck der Energieeinsparung und Reduktion der Schadstoffemission durch temperaturabhängige Regelung der von einem Zuluftgebläse dem Kes­sel zugeführten Luftmenge, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuluftgebläse (13) an ein für eine nur sehr langsame Änderung der dem Kes­sel (10) zugeführten Zuluftmenge sorgendes Regelgerät (27) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät (27) derart ausgelegt ist, daß es nach Erreichen einer vorgegebenen maxima­len Kesseltemperatur das Zuluftgebläse (13) mit einer Zeitkonstanten lang­sam auf eine minimale Leistung drosselt und erst dann abschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Re­gelgerät (27) zwecks langsamer Änderung der Zuluftmenge mit einem Verzö­gerungsglied ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Regelung die dem Kessel (10) zugeführte Zuluftmenge in Abhängigkeit von der Kesseltemperatur und/oder der Kesselrücklauftempe­ratur und/oder der Abgastemperatur und/oder der Außentemperatur und/oder der Heizkreisvorlauftemperatur erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Regelgerät (27) die Drehzahl des Zuluftgebläses (13) be­stimmt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß in Reihe mit einem dem Antrieb des Zuluftgebläses (13) die­nenden Gebläsemotor ein Sicherheitstemperaturbegrenzer (48) liegt, der das Gebläse bei Überschreiten einer vorbestimmten Höchsttemperatur abschal­tet.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß in Reihe mit einem dem Antrieb des Zuluftgebläses (13) die­nenden Gebläsemotor ein Türkontaktschalter (49) liegt, der das Gebläse bei Öffnen der Füllschachtentgasung bzw. der Kesseltüre (12) abschaltet.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß an das Regelgerät (27) zusätzlich mindestens ein dem Heizkreis zugeordneter Motormischer (51), der über die Außentemperatur geführt wird, angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen mit dem Heizkreis verbundenen, zusätzlichen Puffer­speicher (53).

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß an das Regelgerät (27) zusätzlich ein Motormischer (55) ange­schlossen ist, um einmal die Rücklauftemperatur zu regeln und zum anderen die Be- bzw. Entladung des Pufferspeichers zu steuern.

Zeichnung