Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage nach
der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Bei dem Betrieb von Heizgeräten an feuchteempfindlichen
Kaminen ist darauf zu achten, daß die Taupunkttemperatur des Wasserdampfes von bei
der Verbrennung entstehenden Abgasen nicht dauerhaft unterschritten wird, um eine
Versottung der Abgasführung zu verhindern.
[0002] Aus der DE-A 195 15 656 sind ein Heizgerät und Verfahren zur Regelung eines Heizgerätes
bekannt. Der Brenner wird so geregelt, daß solche Abgastemperaturen nicht unterschritten
werden sollen, bei denen üblicherweise eine Taupunktunterschreitung auftritt. Die
Regelung bedingt einen Temperaturmeßfühler in der Abgasführung. In dem Steuergerät
ist eine Kennlinie abgelegt, die jeder Abgastemperatur einen Brennerleistungs-Sollwert
als untere Grenze des Brennerleistungs-Regelbereichs zuordnet. Diese Grenze ist für
die Vermeidung von Kondensatanfall in der Abgasführung notwendig.
[0003] Es wirken sich außer der Abgastemperatur jedoch noch weitere kaminabhängige Parameter
auf eine mögliche Taupunktunterschreitung des Abgases und daraus folgendem Kondensatanfall
aus, so daß eine reine Abgastemperaturüberwachung eine Kaminversottung nicht sicher
verhindern kann.
Vorteile der Erfindung
[0004] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage enthält einen
Brenner, dessen Abgas über einen Kamin abgeführt ist. Sie zeichnet sich dadurch aus,
daß ein Kaminzugsensor vorgesehen ist, der den Druck des Abgases erfaßt und dessen
Ausgangssignal einer Signalverarbeitung zur Erkennung einer Taupunktunterschreitung
des Abgases im Kamin zugeführt wird. Messungen haben gezeigt, daß der Druckverlauf
des Abgases im Kamin Aufschluß über eine mögliche Taupunktunterschreitung gibt. Die
Güte der Taupunkterkennung läßt sich durch die Erfassung eines weiteren Parameters
verbessern. Bei einer drohenden Taupunktunterschreitung können rasch Gegenmaßnahmen,
die eine gezielte Erhöhung der Abgastemperatur oder eine Absenkung des Wasserdampftaupunkts
des Abgases bewirken, eingeleitet werden. Deshalb erlaubt dieses Sensorsystem den
Austausch eines alten Wärmeerzeugers mit relativ hohen Abgastemperaturen durch einen
modernen Wärmeerzeuger mit niedrigeren Abgastemperaturen.
[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. In einer zweckmäßigen
Weiterbildung ist ein Temperatursensor vorgesehen, der eine Temperatur des Abgases
erfaßt. Dank der Kombination des Kaminzugsensors mit dem Temperatursensor läßt sich
das Abkühlverhalten des Abgases im Kamin genauer erfassen und damit die Gefahr einer
Taupunktunterschreitung genauer detektieren. Aus beiden Kenngrößen aufgebaute Kennlinien
definieren einen Betriebsbereich mit Grenzen zwischen kritischem und zulässigem Arbeitsbereich,
der zur Brennersteuerung herangezogen werden kann.
[0006] In einer vorteilhaften Weiterbildung vergleicht die Signalverarbeitung das Ausgangssignal
des Kaminzugsensors mit einem ersten Grenzwert. Über- oder unterschreitet der Druck
des Abgases diesen ersten Grenzwert, wird bei geeigneter Wahl des ersten Grenzwertes
auf eine Taupunktunterschreitung geschlossen.
[0007] In einer weiteren Ausgestaltung hängt der erste Grenzwert von der Temperatur des
Abgases ab. Dadurch finden die beiden Parameter Temperatur und Abgasdruck gleichermaßen
Berücksichtigung in einer Taupunktüberwachung. Die Qualität der Taupunkterkennung
verbessert sich.
[0008] In einer zweckmäßigen Weiterbildung hängt der erste Grenzwert von Kenndaten des Kamins
ab. Dadurch läßt sich die Taupunktüberwachung individuell an die speziellen Gegebenheiten
des Kamins anpassen. Damit wird den Wechselwirkungen zwischen speziellem Aufbau des
Kamins, resultierendem Druckverlauf des Abgases und Taupunktunterschreitung Rechnung
getragen.
[0009] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sehen vor, daß Kaminzugsensor und/oder Temperatursensor
am Kamineintritt angeordnet sind. Durch eine entsprechende Wahl der Grenzwerte auf
der Basis von Vergleichsmessungen für die verschiedenen Kaminklassen geben die am
Kamineintritt erfaßten Größen Temperatur und Druck auch Aufschluß darüber, ob der
Taupunkt an einer erfahrungsgemäß kritischen Stelle wie der Mündung des Kamins unterschritten
wird. Die Unterbringung der Sensoren am Kamineintritt verringert den notwendigen Verkabelungsaufwand.
Die Montage der Sensoren ist leicht zu bewerkstelligen.
Zeichnung
[0010] Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein mögliches
Ausführungsbeispiel einer schematisch dargestellten Heizungsanlage und Figur 2 ein
Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0011] Das in Figur 1 schematisch dargestellte Heizgerät weist einen Brenner 10 auf. Ein
in einem Heizwasserkreislauf mit einem Vorlauf 12 und einem Rücklauf 14 angeordneter
Wärmeübertrager 16 wird mit heißen Verbrennungsgasen vom Brenner 10 beaufschlagt.
Diese werden über einen Kamin 18 abgeführt. Den Druck des Abgases erfaßt ein Kaminzugsensor
24, dessen Ausgangssignal einer Signalverarbeitung 22 zugeführt ist. Sie steuert den
Brenner 10.
[0012] In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird der Signalverarbeitung 22 neben dem
Ausgangssignal des Kaminzugsensors 24 auch das eines Temperatursensors 26 zugeführt.
Der Brenner 10 ist in Abhängigkeit von diesen beiden Signalen angesteuert.
[0013] Der Kaminzugsensor 24 ist vorzugsweise am Abgaseintritt in den Kamin 18 angeordnet.
Er erfaßt dort den Druckverlauf des Abgases. In der Regel wird sich dort ein Unterdruck
einstellen, der höher liegt als der notwendige Förderdruck für den Wärmeerzeuger.
Als Kaminzugsensoren 24 können prinzipiell die hinlänglich bekannten Druckmeßgeräte
zum Einsatz gelangen. Für den speziellen Einsatz zur Taupunkterkennung ist es jedoch
erforderlich, daß deren Auflösung im Bereich von ca. 0,1 Pa liegt. Diesbezügliche
Druckänderungen wertet die Signalverarbeitung 22 aus. Als Kaminzugsensor 24 wird beispielsweise
ein Kraft-Feder-System verwendet, deren zwei Kammern eine Membrane trennt. Die Bewegung
der Membrane dient als Maß für den Druck.
[0014] Elektrische Druckmesser bieten den Vorteil, daß dem Druck proportionale elektrische
Größen leicht von der Signalverarbeitung 22 ausgewertet werden können. Hierfür stehen
grundsätzlich kapazitive, induktive oder piezoelektrische Meßverfahren zur Verfügung.
[0015] Für eine hinreichend genaue Bestimmung des Taupunkts ist es wegen der gegenseitigen
Wechselwirkungen von Druck, Temperatur und Taupunkt notwendig, diese durch einen zusätzlichen
Temperatursensor 26 zu erfassen. Aus Gründen der Verringerung des Verkabelungsaufwands
ist er ebenfalls in unmittelbarer Nähe des Kamineintritts anzuordnen. Temperatursensoren
26 sind hinlänglich bekannt, zum Einsatz kommen beispielsweise Thermoelement oder
NTC-Fühler. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 26 ist ebenfalls der Signalverarbeitung
22 zugeführt. Durch ein geeignetes Modell ist sicherzustellen, daß in Abhängigkeit
von Druck und Temperatur, am Kamineintritt gemessen, eine drohende Taupunktunterschreitung
an jeder beliebigen Stelle des Kamins 18 erkannt wird.
[0016] Neben der Temperatur des Abgases am Kamineintritt wirkt sich auf den Taupunkt das
Zugverhalten des Kamins 18 aufgrund dessen spezieller Bauweise aus. Als Parameter
sind beispielsweise Wärmedurchlaßwiderstandsklasse, Kaminhöhe oder Kamindurchmesser
zu berücksichtigen. Der Zusammenhang zwischen Taupunktunterschreitung und Druckverlauf
in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kamin 18 kann beispielsweise experimentell ermittelt
werden. Diesbezügliche Parametersätze werden gespeichert und in der Signalverarbeitung
22 hinterlegt.
[0017] Neben der vorgeschlagenen Anordnung des Kaminzugsensors 24 und Temperatursensors
26 im Abgasausgang des Heizgerätes oder am Abgaseintritt in den Kamin 18 ist eine
Installation an jeder beliebigen Stelle des Kamins 18 oder am Kaminende denkbar. Der
Installationsaufwand zur Sensormontage und elektrischen Anbindung an das Verbrennungssystem
erhöht sich.
[0018] Die Signalverarbeitung 22 kann zu einer Regelung des Brenners 10 herangezogen werden,
die eine Taupunktunterschreitung verhindert. Wird der mit einer Taupunktunterschreitung
korrespondierende Grenzwert erreicht, steuert die Signalverarbeitung 22 den Brenner
10 so an, daß sich die Abgastemperatur erhöht. Bei konventionellen Heizgeräten mit
belastungsabhängiger Abgastemperatur kommt eine sensorgesteuerte Begrenzung der minimalen
Teillast in Betracht. Der Grenzwert ist so zu wählen, daß eine Taupunktunterschreitung
verhindernde Ansteuerung des Brenners 10 so rechtzeitig erfolgt, daß die Systemträgheit
bereits berücksichtigt ist. Der Grenzwert kann auch von dem Gradienten des Druckverlaufs
abhängen.
[0019] Das vorgeschlagene Sensorsystem zur Taupunktüberwachung kommt insbesondere dann zum
Einsatz, wenn sich beispielsweise bei Austausch eines Brennersystems unter Beibehaltung
der Abgasabführung die Abgastemperatur verringert und damit die Gefahr einer Versottung
des Kamins 18 stark zunimmt. Die Überwachung wird in der Brennersteuerung integriert.
Die Grenzwerte sind bei der Inbetriebnahme an die speziellen Kaminkenndaten anzupassen
und der Signalverarbeitung 22 mitzuteilen.
1. Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage, mit einem Brenner (10), dessen Abgas
über einen Kamin (18) abgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaminzugsensor
(24) vorgesehen ist, der den Druck des Abgases erfaßt und dessen Ausgangssignal einer
Signalverarbeitung (22) zugeführt ist zur Erkennung einer Taupunktunterschreitung
im Kamin (18).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (26)
vorgesehen ist, der eine Temperatur des Abgases erfaßt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitung (22) das Ausgangssignal des Kaminzugsensors (24) mit einem ersten
Grenzwert vergleicht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Grenzwert abhängt
von der Temperatur des Abgases.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitung (22) die Temperatur des Abgases mit einem zweiten Grenzwert vergleicht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Grenzwert abhängt
von dem Druck des Abgases.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
und/oder der zweite Grenzwert von Kenndaten des Kamins (18) abhängt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kaminzugsensor (24) am Kamineintritt angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperatursensor (26) am Kamineintritt angeordnet ist.