Heizanlage

Abstract

 Um bei den ständig variierenden atmosphärischen Gegebenhei­ten trotzdem konstant eine vollkommene, nahstöchiometrische Verbrennung mit äusserst geringem Leistungsaufwand und prak­tisch geräuschlos zu erzielen, führt man nur die zur Ver­brennung unbedingt erforderliche momentane Luftmenge in Abhängigkeit von der zugeführten Brennstoffmenge genau do­siert geregelt dem Zerstäubungsbereich eines Ultraschall-­Brennstoffzerstäubers (10) zu. Die derart zugeführte Luft wird im Brennstoffaustrittsbereich des Brennstoffzerstäubers (10) mit dem derart zerstäubten Brennstoff vermischt, und dieses Gemisch in einer anschliessenden Brennkammer ver­brannt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, eine Heizanlage mit einer solchen Ein­richtung, sowie eine Klimaanlage mit einer solchen Heiz­anlage.

[0002] Es ist bekannt, flüssige Brennstoffe unter Anwendung eines hohen Brennstoffdruckes und einer Zerstäubungsdüse oder mit Hilfe von zusätzlicher Druckluft zu zerstäuben und den der­art zerstäubten Brennstoff mit Hilfe eines starken Luftge­bläses zu einem zündbaren Brennstoff-Luft-Gemisch zu ver­ mischen.

[0003] Diese bekannten Brenner weisen jedoch die Nachteile auf, dass ihr Betrieb eine relativ hohe Antriebsleistung erfor­dert, dass sie relativ laut im Betrieb und aufwendig in der Konstruktion und im Unterhalt sind, und dass sie nur bei einem einzigen ganz bestimmten atmosphärischen Zustand auf den sie einmal eingestellt wurden, optimal arbeiten, was jedoch naturgemäss nur selten der Fall ist, da die für eine optimale Verbrennung wichtigen atmosphärischen Parameter wie Luftdruck, Temperatur, Schornsteinzug, Anblasrichtung und -stärke an der Schornsteinaustrittsmündung etc. naturgemäss laufend variieren. Ferner ist die geringste noch einwandfrei verbrennbare Brennstoffmenge pro Zeiteinheit für viele Ein­satzorte immer noch zu hoch.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher insbesondere die Schaffung eines Verfahrens sowie einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche diese obgenannten Nachteile nicht aufweisen, und bei allen ständig variieren­den atmosphärischen Gegebenheiten eine vollkommene Verbren­nung, d.h. nahstöchiometrische zu ermöglichen, und auch sehr geringe Brennstoffmengen pro Zeiteinheit noch einwandfrei verbrennen können.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mittels eines Verfahrens nach Patentanspruch 1 gelöst.

[0006] Dabei ist es zweckmässig, wenn man der dem Zerstäubungsbe­reich des Brennstoffzerstäubers zugeführten Luft vor der Ver­mischung mit dem zerstäubten Brennstoff einen Drall erteilt, derart, dass die Drallachse mindestens annähernd mit der Zer­ stäubungshauptrichtung des Brennstoffzerstäubers zusam­menfällt.

[0007] Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach Patent­anspruch 3.

[0008] Zweckmässige Weiterausgestaltungen der erfindungsgemässen Einrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 6.

[0009] Gegenstand der Erfindung ist ausserdem eine Heizanlage mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, sowie eine Klimaanlage mit einer solchen Heizanlage.

[0010] Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei­spielsweise erläutert. Es zeigt

Fig.1 einen Langsschnitt durch eine beispielsweise Aus­führungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung;

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1;

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 1; und

Fig.4 schematisch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Heizungsanlage; und

Fig.5 schematisch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Klimaanlage.

[0011] Wie aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich, weist die darge­stellte Einrichtung innerhalb des zylindrischen Gehäuses 1 einen drehzahlgeregelten Luftstromerzeuger 2 von beispiels­ weise 1,8 Watt zur Erzeugung eines Luftstromes 3, sowie einen in Strömungsrichtung diesem Luftstromerzeuger 2 nach­geschalteten ersten Strömungsleitapparat 4 zur Erzeugung einer mindestens annähernd laminaren Luftströmung auf.

[0012] Eine fast laminare Luftströmung ist zur genauen Messung des durchströmenden Luftvolumens erforderlich.

[0013] In diesem Laminarströmungsbereich 5 ist eine im Handel er­hältliche Luftvolumenstrommesseinrichtung 6 und in Durch­strömrichtung nach diesem Laminarströmungsbereich 5 ein zwei­ter, aus fünf Leitschaufeln 7 (siehe insbesondere Figur 3) bestehender Strömungsleitapparat 8 angeordnet. Dieser Leit­apparat 8 erteilt der durchströmenden, mengenmässig genau geregelten Luft einen Drall um die Längsachse 9 des Brenners zur intensiven Vermischung der dosiert zugeführten Luft mit aus dem Ultraschall-Brennstoffzerstäuber 10 zugeführten, äusserst fein zerstäubtem Heizöl. Das letztere wird mittels einer nicht dargestellten Pumpe über die Leitung 11 und das Magnetventil 12 gänzlich drucklos dem mit einem piezoelek­trischen Ultraschallschwinger versehenen Brennstoffzerstäu­ber 10 zugeführt.

[0014] Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist eine mit der Luftvolumen­strom-Messeinrichtung 6 über eine Zuleitung 13 verbundene Recheneinheit 14 mit einem Lufttemperaturfühler 15, einem Luftdruckfühler 16 sowie einer Brennstoff-Durchflussmessein­richtung 17 verbunden, und berechnet aus den derart ermittel­ten Parametern elektronisch umgehend die für eine nahstöchio­metrische Verbrennung erforderliche genaue Luftmenge, und regelt, falls erforderlich, die Drehzahl des Luftstromer­zeugers 2 nach bis die erforderliche Luftmenge exakt zuge­führt wird.

[0015] Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Luftstromerzeu­ger 2 konstant drehen zu lassen und die zuzuführende Brenn­stoffmenge entsprechend den derart ermittelten Parametern zu regulieren.

[0016] In Strömungsrichtung nach dem Brennstoffzerstäuber 10 ist ein Flammrohr 18 aus Keramik angeordnet, der anschliessende Feuerraum kann auf bekannte Weise mit Schamottstein ausge­kleidet sein.

[0017] Um den Apparateteil des Brenners vor übermässiger Wärme zu schützen, ist das Flammrohr 18 über eine Wärmeisolation 19 mit dem übrigen Teil des Brenners verbunden.

[0018] Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der vorangehend beschriebe­ne Brenner mit einem Heizkessel 21 und der letztere abgassei­tig mit einem Schornstein 22 verbunden.

[0019] Um unerwünschte Druckschwankungen im Schornstein 22 zu ver­meiden, ist der Austritt des letzteren zur Erzielung einer möglichst geringen Beeinflussung des Schornsteinzuges durch den Schornsteinaustritt von aussen anströmenden Luftströmun­gen 23 mit einem Schornsteinhut 24 versehen. Ein solcher Schornsteinaufsatz ist z.B. unter der Bezeichnung "Basten-Re­gulator" (registrierte Marke) von der Firma Inventina AG., CH-7302 Landquart (Schweiz) erhältlich.

[0020] Ein solcher Schornsteinaufsatz minimalisiert den Einfluss unterschiedlicher Windanströmungen der Schornsteinaustritts­mündung auf den natürlichen Zug im Schornstein 22, so dass der Luftdruck im Kessel 21 selbst bei sehr stark böigen Winden praktisch unbeeinflusst von solchen Schornsteinan­ strömungen bleibt, und stellt daher eine äusserst wichtige Komponente bei diesem Brennerkonzept dar.

[0021] Der beschriebene Brenner ist selbst für die Verbrennung von weniger als 300 Gramm Heizöl pro Stunde verwendbar und er­zeugt praktisch kein Geräusch.

[0022] Die Zündeinrichtung und die Ansteuerung des piezoelektri­schen Ultraschallschwingers sind handelsüblich und daher nicht näher beschrieben. Die gesamte elektrische Energie­aufnahme dieses Brenners inklusive der Mess- und Regelein­richtung übersteigt für ein Einfamilienhaus den Betrag von 10 bis 15 Watt nicht.

[0023] Wird ein Zweistoffkessel 21′ (Figur 5) verwendet, dann ist abgasseitig, z.B. am Austritt aus diesem Kessel, zur nah­stöchiometrischen Verbrennung von festen Brennstoffen ein CO- sowie ein CO₂-Fühler 25 respektive 26 angeordnet.

[0024] Diese Fühler 25 und 26 sind elektrisch mit der Recheneinheit 14 verbunden, wobei die letztere derart programmiert ist, dass bei der Verbrennung von festen Brennstoffen im Kessel­brannraum in Abhängigkeit von den derart abgasseitig ermit­telten CO- und CO₂-Ist-Werten und vorgegebenen entsprechen­den Sollwerten die Drehzahl und/oder Drehrichtung des Luft­stromerzeugers 2 auf die Erzielung einer nahstöchiometri­schen Verbrennung mit geringem Luftüberschuss einreguliert wird.

[0025] In Figur 5 ist ferner eine mit einer erfindungsgemässen Heizanlage versehene Klimaanlage zur Klimatisierung von Wohn- oder Büroräumen dargestellt.

[0026] In Abhängigkeit von den dabei mittels der Fühler 27 und 28 ermittelten Raumklima-Ist-Werten (wie Sauerstoffgehalt, Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft) und den vorgegebenen Soll-Werten wird die aufzubereitende Zuluft über ein von der Recheneinheit 21′ volumenmässig entspre­chend gesteuertes Regelorgan 29 zuerst einem mit der Kühl­anlage 30 verbundenen ersten Wärmeaustauscher 31 und an­schliessend einem mit der Heizanlage 21′ verbundenen zweiten Wärmeaustauscher 32 zugeleitet, wobei die Kühlanlage 30 und das die Wärmezufuhr zum zweiten Wärmeaustauscher 32 Regu­lierorgan 33 ebenfalls in Abhängigkeit von den ermittelten Raumklima-Istwerten und den vorgegebenen Soll-Werten von der Recheneinheit 21′ gesteuert werden.

[0027] Der erste Wärmeaustauscher 31 kann zur Kühlung der zuge­führten Zuluft 34 oder in Kombination mit dem zweiten Wär­meaustauscher 32 zur Entfeuchtung derselben eingesetzt werden.

[0028] Dazu ist die Recheneinheit 14 mit einer im Zuluftkanal 35 angeordneten Luftvolumenstrommesseinrichtung 36 sowie einem Temperatur- und Feuchtigkeitsfühler 37 und 38 zur Ermittlung der entsprechenden Ist-Werte der Zuluft 34 verbunden.

[0029] Im Zuluftkanal 35 ist ferner ein Wasser-Ultraschallzer­stäuber 39 angeordnet, welcher in Abhängigkeit von im Luft­kanal und/oder im zu klimatisierenden Raum 40 ermittelten und der Recheneinheit 14 zugeführten Feuchtigkeits-Ist-­Werten und vorgegebenen Sollwerten bei Unterschreitung der letzteren den Feuchtigkeitsgehalt der durchströmenden Luft erhöht. In der Wasserzufuhrleitung 41 des Zerstäubers 39 ist ferner ein ebenfalls von der Recheneinheit 14 gesteuertes Magnetventil 42 angeordnet, um den Wasserzufluss zum Zer­stäuber 39 zu regulieren.

[0030] Ein mit einem piezoelektrischen Ultraschallgeber versehener Wasserzerstäuber 39 ist deswegen äusserst vorteilhaft, da es mit einem solchen Zerstäuber möglich ist, die erforderliche, zuzuführende Flüssigkeit in Form eines äusserst feinen Ne­bels in die durchströmende Zuluft 34 einzutragen.

[0031] Um diesen Flüssigkeitsnebel einwandfrei in die durchströmen­de Zuluft 34 einzutragen, ist im Austrittsbereich des Ul­traschallzerstäubers 39 ein aus Leitschaufeln bestehender Strömungsleitapparat 43 vorgesehen, welcher der mit Wasser anzureichernden, dosiert zugeführten Zuluft 34 in diesem Vermischungsbereich einen starken Drall um die Strömungs­längsachse 44 erteilt.

[0032] Auf diese Weise ist die dargestellte Klimaanlage nicht wie bisher kontinuierlich, sondern nur bei von den Raumklima-­Sollwerten zu stark abweichenden Istwerten in korrigierendem Sinn in Einsatz, was eine bedeutende Energieeinsparung er­möglicht, und ein mit den verschiedenen Nachteilen und Gefahren verbundener zu geringer Luftwechsel als auch eine zu hohe Durchlüftung mit entsprechend hohen Heizkosten verhindert werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zur drucklosen Zerstäubung und nahstöchio­metrischen Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man nur die zu dieser Verbrennung erforderliche momentane Luftmenge in Abhängigkeit von der zugeführten Brennstoffmenge ge­nau dosiert geregelt dem Zerstäubungsbereich eines Ul­traschall-Brennstoffzerstäubers zuführt, im Brennstoff­austrittsbereich des letzteren mit dem derart zerstäub­ten Brennstoff vermischt und dieses Gemisch in einer anschliessenden Brennkammer verbrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man der dem Zerstäubungsbereich des Brennstoffzerstäu­bers zugeführten Verbrennungsluft vor der Vermischung mit dem zerstäubten Brennstoff einen Drall erteilt, derart, dass die Drallachse mindestens annähernd mit der Zerstäubungshauptrichtung des Brennstoffzerstäubers zusammenfällt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dreh­zahlgeregelten Luftstromerzeuger (2) zur Erzeugung des jeweils für die nahstöchiometrische Verbrennung erfor­derlichen Luftvolumenstromes, einen in Strömungsrich­tung diesem Luftstromerzeuger (2) nachgeschalteten er­sten Strömungsleitapparat (4) zur Erzeugung einer min­ destens annähernd laminaren Luftströmung, eine in diesem Laminarströmungsbereich (5) angeordnete Luftvolumenstrom­messeinrichtung (6), einen in Durchströmrichtung nach diesem Laminarströmungsbereich (5) angeordneten zweiten Strömungsleitapparat (8) zur Vermischung der dosiert zu­geführten Verbrennungsluft mit aus einem Ultraschall-­Brennstoffzerstäuber (10) zugeführtem, zerstäubtem Brennstoff, und eine mit der Luftvolumenstrommessein­richtung (6) verbundene Recheneinheit (14) zur Regulie­rung der Drehzahl und/oder Drehrichtung des Luftstrom­erzeugers (2) in Abhängigkeit von der dem Brennstoff­zerstäuber (10) zugeführten Brennstoffmenge, aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (14) zusätzlich mit einer Tempe­ratur- und einer Drucksonde (15 bzw. 16) zur Bestimmung der entsprechenden Parameter der angesaugten Verbren­nungsluft verbunden ist, und aus den derart ermittelten Istwerten und den vorgegebenen Sollwerten umgehend die gegebenenfalls erforderlichen Regelgrössen errechnet.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich des Brennstoffzerstäubers (10) von einem vorzugsweise aus Keramik bestehenden Flammrohr (18) umgeben, und dieses vorzugsweise wärmeisoliert mit dem übrigen Teil der Einrichtung verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Brennstoffzer­stäuber (10) mit einem piezoelektrischen Ultraschall­schwinger versehen ist.

7. Heizanlage mit einer Einrichtung nach einem der An­sprüche 3 bis 5 und einem mit dieser Einrichtung abgas­seitig verbundenen Abgasschornstein (22), dadurch ge­kennzeichnet, dass der Austritt des letzteren zur Er­zielung einer möglichst geringen Beeinflussung des Schornsteinzuges durch diesen Austritt von aussen an­strömenden Luftströmungen (23) mit einem Schornstein­hut (24) verbunden ist.

8. Heizanlage mit einer Einrichtung nach einem der Ansprü­che 3 bis 6 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­net, dass bei Zweistoffkesseln (21′) oder bei Feuerstät­ten für feste Brennstoffe abgasseitig, insbesondere im strömungsmässig nach dem Brennraum, ein CO- sowie ein CO₂-Fühler (25, 26) angeordnet und diese elektrisch mit der Recheneinheit (14) verbunden sind, wobei die letzte­re bei der Verbrennung von festen Brennstoffen im Kessel­brennraum in Abhängigkeit von den derart abgasseitig er­mittelten CO- und CO₂-Ist-Werten und vorgegebenen Soll-­Werten die Drehzahl und/oder Drehrichtung des Luftstrom­erzeugers (2) auf die Erzielung einer nahstöchiometri­schen Verbrennung einreguliert.

9. Klimaanlage mit einer Heizanlage nach einem der Ansprü­che 7 und 8 sowie einer Kühlanlage zur Heizung, Kühlung und/oder Entfeuchtung der zur Klimatisierung von Räum­lichkeiten verwendeten Luft, wobei die letztere zuerst einen mit der Kühlanlage verbundenen ersten Wärmeaus­tauscher und anschliessend einen mit der Heizanlage verbundenen zweiten Wärmeaustauscher durchströmt, da­durch gekennzeichnet, dass im Luftkanal (35) ein Flüs­sigkeits-Ultraschallzerstäuber (39) angeordnet ist, wel­cher in Abhängigkeit von im Luftkanal und/oder im zu klimatisierenden Raum (40) ermittelten und der Rechen­ einheit (14) zugeführten Feuchtigkeits-Istwerten und vorgegebenen Sollwerten bei Unterschreitung der letz­teren den Feuchtigkeitsgehalt der durchströmenden Luft erhöht und die Kühlanlage (30,31) diesen Feuchtigkeits­gehalt bei Überschreitung der vorgegebenen Sollwerte durch Auskondensation vermindert.

10. Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Austrittsbereich des Flüssigkeitszerstäubers (39) ein Strömungsleitapparat (43) zur intensiven Ver­mischung der dosiert zugeführten Luft mit der aus dem Flüssigkeits-Ultraschallzerstäuber (39) geregelt zu­geführten, zerstäubten Flüssigkeit vorgesehen ist.

11. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Klimatisierungsluft­menge (34), der Einsatz der Kühl- und der Heizanlage (30,31; 20, 21′, 32) in Abhängigkeit von im zu klimati­sierenden Raum (40) ermittelten Raumklimaistwerten, z.B. Temperatur- und O₂-Werten, und vorgegebenen entsprechen­den Sollwerten über die Recheneinheit (14) gesteuert wird.

Zeichnung