Heizkessel mit Temperatursteuerung

Abstract

 Vorgeschlagen wird ein Heizkessel mit einem Brenner, einer Steuerung und einem Temperaturfühler, der am vom Kessel erhitzten Medium angeordnet und mit der Steuerung verbunden ist, wobei die Steuerung den Brenner beim Unterschreiten eines unteren Schwellwertes der Temperatur des Mediums mit einem Einschaltbefehl in Betrieb setzt und beim Überschreiten eines oberen Schwellwertes abschaltet, und wobei ein Verzögerungsglied (7) vorhanden ist, das zwischen Steuerung (4) und Brenner (2) angeordnet ist, und das Verzögerungsglied (7) den Einschaltbefehl der Steuerung (4) an den Brenner (2) um einen Zeitbetrag verzögert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit einem Brenner, einer Steuerung und einem Temperaturfühler, der am vom Kessel erhitzten Medium angeordnet und mit der Steuerung verbunden ist, wobei die Steuerung den Brenner beim Unterschreiten eines unteren Schwellwertes der Temperatur des Mediums mit einem Einschaltbefehl in Betrieb setzt und beim Überschreiten eines oberen Schwellwertes abschaltet.

[0002] Heizkessel dienen in erster Linie zur Bereitung warmen Brauchwassers und zur Erhitzung des Heizkreislaufs von Zentralheizungen in Gebäuden. Dabei erfolgt die Erwärmung mittels eines Brenners, der beispielsweise mit Öl oder Gas betreibbar ist. Um eine weitgehend konstante Temperatur des Brauchwassers bzw. der Heizung zu erreichen und den Energieverbrauch zu reduzieren, ist im Stande der Technik die Steuerung des Brenners mittels eines Thermostaten üblich. Zu diesem Zweck sind ein oder mehrere Temperaturfühler am oder im erhitzten Medium angeordnet und mit der Steuerung verbunden. Unterschreitet die Temperatur des Mediums einen vorgegebenen, unteren Schwellwert, der sich ggf. an den einzelnen Temperaturfühlern unterscheidet, so setzt die Steuerung den Brenner in Betrieb. Zu diesem Zweck wird in der Regel ein Einschaltbefehl, z. B. ein elektrischer Impuls oder eine Konstantspannung, durch eine Verbindungsleitung an den Brenner übermittelt. Nachfolgend wird das Medium erhitzt, bis seine Temperatur einen oberen Schwellwert überschreitet, worauf die Steuerung den Brenner mit einem Abschaltbefehl, etwa einem zweiten elektrischen Impuls, einer anderen Konstantspannung oder einer Abschaltung der Konstantspannung, wieder abschaltet. Die Differenz zwischen beiden Schwellwerten ist in der Regel konstant voreingestellt und beträgt beispielsweise 20° C oder 30° C.

[0003] Im praktischen Betrieb erweist sich jedoch der Wirkungsgrad eines Heizkessels mit der vorbeschriebenen Steuerung als nicht optimal. Dazu trägt bei, daß die Leistung des Brenners wesentlich größer ist, als es zur Erwärmung des Mediums erforderlich ist. Weiterhin erfolgen häufige An- und Abschaltvorgänge des Brenners, die seinen Verschleiß erhöhen und unsaubere, energetisch ungünstige und schadstofferzeugende Verbrennungsprozesse zur Folge haben. Derartige Probleme treten insbesondere bei Heizkesseln älterer Bauart auf.

[0004] Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Entwicklung eines Heizkessels mit einer modifizierten Steuerung zur Aufgabe gestellt, dessen Energieverbrawuch reduziert ist und dessen Steuerung auf einfache Weise in bestehenden Systemen nachrüstbar ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daS ein Verzögerungsglied vorhanden ist, das zwischen Steuerung und Brenner angeordnet ist und das Verzögerungsglied den Einschaltbefehl der Steuerung an den Brenner um einen Zeitbetrag verzögert.

[0006] Die Erfindung schlägt vor, ein Verzögerungsglied zwischen Steuerung und Brenner anzuordnen. Zu diesem Zweck wird die vorhandene Verbindungsleitung beider Bauteile durchtrennt und das Verzögerungsglied darin eingesetzt. Folglich handelt es sich bei dem Verzögerungsglied zweckmäßig um ein abgeschlossenes Bauelement, das ein eigenes Gehäuse aufweist und sich beispielsweise an einer Wand oder Schalttafel befestigen, etwa anschrauben läßt. Auf diese Weise sind auch vorhandene Steuerungen von Heizungskesseln leicht mit dem Verzögerungsglied nachrüstbar.

[0007] Die Funktionsweise des Verzögerungsgliedes besteht darin, daß es den Einschaltbefehl der Steuerung an den Brenner um einen Zeitbetrag verzögert. Somit nimmt das Verzögerungsglied den von der Steuerung ausgesandten Einschaltbefehl, beispielsweise einen elektrischen Impuls, auf und sendet nach Ablauf der Verzögerungszeit den gleichen Einschaltbefehl in die Leitung zum Brenner aus. Vorteilhafte Verzögerungszeiten liegen beispielsweise im Bereich zwischen 4 und 15 Minuten. Abschaltbefehle der Steuerung an den Brenner durchlaufen das Verzögerungsglied dagegen ohne Zeitverzögerung.

[0008] Die Wirkungsweise des Verzögerungsgliedes besteht darin, daß die Abschaltzeit des Brenners verlängert wird. In der Folge verlängert sich auch die nachfolgende Aufheizphase des Heizkessels. Im Ergebnis treten jedoch Brennstoffeinsparungen auf, da die Verlängerung des Abschaltzeitraumes wesentlich größer als die der Aufheizphase ist. Somit wird zwar die Zeit einer einzelnen Aufheizung verlängert, die Gesamtzeit zum Aufheizen ist jedoch niedriger als im konventionellen Betrieb eines Heizkessels.

[0009] Diese überraschende Wirkung ist darin begründet, daß beim Einschalten des Brenners erhebliche Anlaufverluste infolge unsauberer und unvollständiger Verbrennung auftreten. Eine optimale Energieausnutzung wird erst bei gleichmäßiger Verbrennung im konstanten Betrieb erreicht. Dazu trägt bei, daß nach dem Einschalten des Brenners zunächst die Bauelemente des Heizkessels zu erwärmen sind, bevor eine signifikante Energieabgabe an das zu erhitzende Medium erfolgt. Schließlich werden die Energieverluste des Heizkessels auch durch die im Mittel geringfügig erniedrigte Temperatur des Mediums reduziert, welche die Wärmeverluste verringert.

[0010] Der Vorteil des erfindungsgemäßen Heizkessels besteht insbesondere in einer deutlichen Energieeinsparung, die speziell bei Heizkesseln älterer Bauart 20 bis 30 Prozent erreichen kann. Ein weiterer Vorteil ist der verringerte Verschleiß des Brenners, da die Zahl der Ein- und Ausschaltvorgänge erheblich abnimmt. Zudem entstehen bei der Verbrennung weniger Schadstoffe, da sie über einen längeren Zeitraum unter gleichmäßigen Bedingungen erfolgt, die den optimalen Betriebsparametern des Brenners entsprechen. Schließlich läßt sich das Verzögerungsglied auch in vorhandenen Heizungsanlagen preiswert und mit geringem Aufwand nachrüsten.

[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zeitbetrag der Verzögerung vorgegeben, so daß sich ein Verzögerungsglied von einfachem und preiswertem Aufbau verwenden läßt. In diesem Fall läßt sich der Zeitbetrag vorzugsweise mit einem entsprechenden Regler am Verzögerungsglied oder über eine Tastatur, falls es sich bei dem Verzögerungsglied um einen digitalen Rechner handelt, einstellen.

[0012] Denkbar ist alternativ, daß die Einstellung der Verzögerung in Abhängigkeit von Meßwerten automatisch durch das Verzögerungsglied erfolgt, beispielsweise in Abhängigkeit von der mit einem Sensor erfaßten Außentemperatur. Auf diese Weise lassen sich die Eigenschaften des Verzögerungsgliedes an unterschiedliche Betriebszustände des Heizkessels anpassen, beispielsweise besonders hohe Energieverluste pro Zeiteinheit bei sehr niedrigen Außentemperaturen.

[0013] Eine variable Verzögerungszeit wird bevorzugt als Funktion des zeitlichen Abstandes aufeinander folgender Ein- und/oder Abschaltbefehle berechnet, der sich leicht erfassen läßt. Bei geringem Abstand von Einschaltbefehlen, speziell in Folge einer niedrigen Außentemperatur und somit einer hohen erforderlichen Heizleistung, wird die Verzögerungszeit zweckmäßig kürzer. Bei größerem Abstand der Einschaltbefehle ist dagegen eine längere Verzögerungszeit von Vorteil.

[0014] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Verzögerung vollständig abschaltbar ist, etwa wenn der Brenner bei sehr niedrigen Temperaturen nahezu kontinuierlich in Betrieb ist. Ebenso bietet sich die Möglichkeit einer Abschaltung auch zu Test- und Prüfzwecken der Steuerung an.

[0015] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert ist. Sie zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizkessels mit Steuerung.

[0016] Der Heizkessel (1) wird mit einem Brenner (2) erwärmt, der beispielsweise mit Gas oder Öl betrieben wird, und dient zur Erhitzung eines Mediums (3), etwa dem Wasserinhalt einer Zentralheizung oder dem warmen Brauchwasser eines Hauses. Denkbar ist auch, daß der Heizkessel (1) sowohl zur Brauchwassererwärmung als auch zur Heizung dient. Der Betrieb des Brenners (2) wird über eine Steuerung (4) geregelt, welche die Temperatur des Mediums (3) mit einem Temperaturfühler (5) erfaßt, wobei gegebenenfalls mehrere Temperaturfühler (5) vorhanden sind, wenn der Heizkessel (1) zur Erwärmung unterschiedlicher Medien dient, etwa Heiz- und Brauchwasser. Unterschreitet die vom Temperaturfühler (5) erfaßte Temperatur einen vorgegebenen unteren Schwellwert, so sendet die Steuerung (4) einen Einschaltimpuls in die Leitung (6) zum Brenner (2) aus. Ebenso wird ein Abschaltimpuls ausgesandt, falls die Temperatur am Temperaturfühler (5) einen oberen Schwellwert übersteigt.

[0017] In der Leitung (6) ist ein Verzögerungsglied (7) angeordnet, das Abschaltbefehle ohne Beeinflussung passieren läßt. Dagegen werden Einschaltbefehle abgefangen und erst nach einem vom Verzögerungsglied (7) berechneten Zeitbetrag ein gleichartiger Einschaltbefehl in den Abschnitt (8) der Leitung (6) zum Brenner (2) ausgesandt. Im Ergebnis werden auf diese Weise sowohl die Zeiträume, in denen der Brenner (2) außer Betrieb ist, als auch die Zeiträume, in denen der Brenner (2) den Heizkessel (1) aufheizt, verlängert. Da die Verlängerung der Abschaltphase jedoch wesentlich größer ist und der Wirkungsgrad des Heizkessels bei länger andauerndem Betrieb steigt, entstehen im Ergebnis erhebliche Energieeinsparungen. Das Verzögerungsglied (7) läßt sich auch in bestehenden Heizungen leicht nachrüsten, indem die Leitung (6) zwischen Steuerung (4) und Brenner (2) durchtrennt und das Verzögerungsglied (7) in die Trennstelle eingefügt wird.

[0018] Im Ergebnis entsteht somit ein Heizkessel, mit dem sich deutliche Energieeinsparungen erzielen lassen.

Ansprüche

1. Heizkessel mit einem Brenner, einer Steuerung und einem Temperaturfühler, der am vom Kessel erhitzten Medium angeordnet und mit der Steuerung verbunden ist, wobei die Steuerung den Brenner beim Unterschreiten eines unteren Schwellwertes der Temperatur des Mediums mit einem Einschaltbefehl in Betrieb setzt und beim Überschreiten eines oberen Schwellwertes abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Verzögerungsglied (7) vorhanden ist, das zwischen Steuerung (4) und Brenner (2) angeordnet ist,

- und das Verzögerungsglied (7) den Einschaltbefehl der Steuerung (4) an den Brenner (2) um einen Zeitbetrag verzögert.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitbetrag vorgegeben ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitbetrag der Verzögerung einstellbar ist.

4. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (7) den Zeitbetrag berechnet.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitbetrag eine Funktion des zeitlichen Abstandes aufeinander folgender Ein- und/oder Abschaltbefehle ist.

6. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung abschaltbar ist.

7. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (7) außerhalb eines Gehäuses der Steuerung (4) angeordnet ist.

Zeichnung