Verfahren zum Betreiben eines mit Biomasse befeuerten Heizgerätes

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit Biomasse, insbesondere Scheitholz, befeuerten Heizgerätes (H), mit einem Heizmedium führenden Kesselkörper, einem Füllraum für Brennstoff mit einer oberen oder seitlichen Befüllöffnung, einem Brennrost mit einem darunter angeordnetem Aschekasten, einer Heizgasaustrittsöffnung in eine nachgeschaltete Brennkammer mit einem sich anschließenden Wärmetauscher für das Heizgas sowie einer Regeleinrichtung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Betrieb und die Bedienung von Heizkesseln und Öfen zur Verbrennung von festen Brennstoffen zu optimieren.
Gekennzeichnet ist das Verfahren dadurch, dass eine Erfassungseinrichtung (E) für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum vorgesehen ist, welche ein Statussignal generiert und an eine Regeleinrichtung und/oder eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) übermittelt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein mit Biomasse, insbesondere Scheitholz, befeuertes Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Derartige Heizgeräte bestehen im Wesentlichen aus einem Heizmedium führenden Kesselkörper aus gusseisernen Kesselgliedern oder aus verschweißten Stahlblechen. Dieser beinhaltet einem Füllraum für Brennstoff mit einer oberen oder seitlichen Befüllöffnung, einem Brennrost mit einem darunter angeordnetem Aschekasten. Dabei erfolgt eine pyrolytische Verbrennung oberhalb des Brennrostes und somit an der Unterseite der Brennstoffmenge im Füllraum. Brennstoff rutscht somit laufend durch das Eigengewicht von oben her nach.

[0003] Über eine Verbrennungsgasaustrittsöffnung gelangen die Pyrolysegase in eine nachgeschaltete Brennkammer. Die hier entstehenden Verbrennungstemperaturen werden in einem sich anschließenden Wärmetauscher abgebaut, indem die Wärme an das umgebende Heizmedium abgegeben wird. Danach strömen die Abgase zu einem Abgasstutzen. Weiterhin übernimmt eine Regeleinrichtung die Steuerung des Verbrennungsablaufs und diverse Sicherheitsfunktionen.

[0004] Zur Verbrennung von festen Brennstoffen sind so genannte Feststoffkessel für Scheitholz oder Pelletkessel bekannt. Im ersten Fall dient die Tür lediglich als vorderer oder oberer Abschluss und Zugangsmöglichkeit, und im zweiten Fall nimmt sie einen entsprechenden Pelletbrenner auf. Verbreitet sind spezielle Feststoffkessel mit Feuerungsrosten und jeweils mindestens einem darunter angeordneten Aschekasten.

[0005] Eine automatische Brennstoffzufuhr gehört für Feststoffverbrennungseinrichtungen, wie Heizkessel und Öfen, zum Stand der Technik, hat sich aber noch nicht im kleineren Leistungsbereich in der Praxis durchgesetzt, obwohl besonders bei Pellet- und Hackschnitzelfeuerung lange Betriebszeiten ohne Bedienung möglich sind. Scheitholz ist unregelmäßig strukturiert und erschwert den Einsatz fördertechnischer Hilfsmittel. Damit steht der Handbetrieb bei der Beschickung nach wie vor in der Praxis an erster Stelle.

[0006] Bei derzeitig eingesetzten Scheitholzkesseln wird der Ladezustand des Brennstoffes nicht erfasst und auch eine Abschätzung des Brennstoffverbrauchs basiert nur auf Beobachtung bzw. auf Erfahrungswerten. Die Information über die eingelegte Menge sowie der zeitliche Brennstoffverbrauch können somit nicht ermittelt werden. Ein Betreiber muss somit am Heizgerät beobachten und sucht daher einerseits möglicherweise in zu kurzen Zeitintervallen den Heizkessel auf und legt Brennstoff nach, was eventuell zu einem Überheizen des angeschlossenen Wärmeverbraucherkreislaufes führt. Anderseits kommt es möglicherweise zu Komforteinbußen für einen Nutzer, wenn zu wenig Brennstoff im Füllraum ist und dieser leer brennt. Jeder Eingriff zur Brennstoffbeladung führt in der Regel, wenn auch nur kurzzeitig, zu stärkeren Abgasemissionen. So gehen mit dem Öffnen der Füllraumtür fallende Brennraumtemperaturen, höhere Luftzahlen und auch Kohlenmonoxidemissionen einher.

[0007] Aus der DE 20 2009 008 876 U1 ist eine Füllstandserkennung in der Brennkammer und im Brennstofflager allgemein bekannt. Weiterhin offenbart die DE 20 2010 013 794 U1 die Angabe des Füllstandes in Prozent und eine Prognose, wie lange es zum Ausbrand des Brennstoffes noch dauern wird.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Betrieb und die Bedienung von Heizkesseln und Öfen zur Verbrennung von festen Brennstoffen zu optimieren.

[0009] Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0010] Das Verfahren zum Betreiben eines mit Biomasse, insbesondere Scheitholz, befeuerten Heizgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinrichtung für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum vorgesehen ist, welche ein Statussignal generiert und an eine Regeleinrichtung und/oder eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung übermittelt. Dabei werden der Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum erfasst und es wird die verbleibende Brennstoffmenge durch die Regeleinrichtung ermittelt und/oder mittels der Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung angezeigt.

[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform sind Schwellwerte für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum vorgebbar, so dass beim Unterschreiten dieser Schwellwerte mittels der Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung eine Aufforderung an den Betreiber des Heizgerätes zur Beschickung mit Brennstoff erfolgt.

[0012] Vorteilhafterweise werden die Schwellwerte für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand des Heizgerätes variabel von der Regeleinrichtung gesetzt. Dabei werden bei höherer verbrauchsseitiger Wärmeabnahme die Schwellwerte angehoben, so dass eine Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff wegen des zu erwartenden deutlich größeren Brennstoffverbrauches früher als bei geringerer verbrauchsseitiger Wärmeabnahme erfolgt.

[0013] Vorzugsweise wird für die Variation der Schwellwerte für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand des Heizgerätes die Vorlauftemperatur als dafür wesentlicher Parameter von der Regeleinrichtung ausgewertet.

[0014] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Statussignal in mindestens drei verschiedene Bereiche unterteilt. Dabei steht ein erster Bereich für den Normalbetrieb mit ausreichendem Brennstoffvorrat, beispielsweise gekennzeichnet durch eine grüne Anzeige. Ein zweiter Bereich umfasst eine größere Reserve und wird zum Beispiel mit einer gelben Anzeige dargestellt. Zusätzlich steht ein dritter Bereich für die letzte verbleibende Reserve und die Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff, beispielsweise mit einer roten Anzeige als Statussignal. Natürlich sind auch Klartextmeldungen zu den einzelnen Statussituationen oder eine stufenlose Anzeige des Statussignals zwischen 0 und 100% in einem Display erfindungsgemäß anwendbar. Vorzugsweise wird mindestens beim Erreichen des Schwellwertes für den dritten Bereich für die letzte verbleibende Reserve eine Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff automatisch generiert und von der Regeleinrichtung an eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung weitergeleitet.

[0015] Alternativ oder ergänzend zu vorstehenden Ausführungsformen können der aktuelle und durchschnittliche Brennstoffverbrauch sowie der aktuelle Füllstand von der Regeleinrichtung erfasst bzw. ermittelt, angezeigt und/oder über eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung ausgegeben werden.

[0016] Auf Basis der Messungen der Erfassungseinrichtung für den Brennstoff-Füllstand und/oder für die Brennstoffmenge im Füllraum sowie des aktuellen Betriebszustandes des Heizgerätes wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die voraussichtliche Brenndauer von der Regeleinrichtung ermittelt und angezeigt. Dabei kann wahlweise eine Gesamtbrenndauer und/oder eine Brenndauer bis zur nächsten erforderlichen Beschickung mit Brennstoff, entsprechend der vorgegebenen Schwellwerte, ausgegeben werden.

[0017] Vorzugsweise stehen die ermittelten Informationen von der Regeleinrichtung an dieser selbst zur Verfügung und/oder werden an eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung mittels kabelgebundener oder funktechnischer Übertragung übermittelt. Dabei dienen insbesondere mobile Kommunikationsmedien, wie zum Beispiel E-mail, SMS, Internetadresse, Monitor, Palm, Handy, Smartphone und Tablet-PC, als Empfangseinrichtung für die Informationen. Als Übertragungsmedien kommen beispielsweise GSM, 3G, UMTS, Funk, WLAN, LAN zum Einsatz.

[0018] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein im Bereich des Füllraumes angeordneter Abstandssensor zur berührungslosen Erfassung des Brennstoff-Füllstandes im Füllraum verwendet. Mit dem mindestens einen Abstandssensor wird die Ermittlung des Brennstoff-Füllstandes sowie des zeitlichen Verlaufs des Brennstoff-Füllstandes realisiert, indem ein Signal für die zugeordnete Regeleinrichtung generiert wird. Vorteilhafterweise detektiert der mindestens eine Abstandssensor die Richtung und/oder Laufzeit eines aktiv ausgesandten, am Brennstoff, speziell an dessen Oberseite, reflektierten Signals. Somit können, je nach Füllraumgeometrie und eingesetztem Brennstoff, mehrere parallel eingesetzte Abstandssensoren den Füllstand noch besser erfassen. Ergänzend oder alternativ zu Abstandssensor kann auch ein zum Stand der Technik gehörendes Wiegeprinzip eingesetzt werden, um Rückschlüsse auf den Brennstoff-Füllstand durch eine erfindungsgemäße Signalverarbeitung zu ziehen.

[0019] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Betrieb und Bedienung eines Heizgerätes zur Verbrennung von festen Brennstoffen optimiert. Das regelmäßig erforderliche Befüllen, aber auch das vom Brennstoffdurchsatz abhängige regelmäßig erforderliche Entleeren des Aschekastens wird vereinfacht, weil einem Bediener genau der richtige Zeitpunkt für einen Eingriff in den Heizkesselbetrieb signalisiert wird. Daher muss die Befüllöffnung nur noch bei Notwendigkeit, und somit in größeren Zeitintervallen als bisher, geöffnet werden. Die Verschmutzungsgefahr im Aufstellraum minimiert sich dadurch natürlich auch. Generell wird die Bedienungsfreundlichkeit deutlich erhöht, weil für die Bedienung mit der neuerungsgemäßen Funktion keine besonderen Heizgerätekenntnisse erforderlich sind und das Signal auch für nicht speziell eingewiesene Personen eindeutig ist. Beispielsweise kann ein Klartext zum Befüllen auffordern. Diese Meldung wird dann gelöscht, wenn ein manueller Eingriff am Heizkessel oder über den Füllstand die ergänzte Brennstoffmenge erkannt wird.

[0020] Erfindungsgemäß werden die Statusinformationen des Heizgerätes den Betreiber überall und jederzeit erreichen. Im Gegensatz zu den zurzeit auf dem Markt verfügbaren Biomasse-Kesseln ist dies ein großer Fortschritt, denn diese geben bisher nur bedingt Statusinformationen zum Abbrand und Betriebsparameter wieder, welche dann auch nur direkt am Heizgerät angezeigt werden. Der Betreiber muss also bisher vor Ort beim Heizgerät sein und auf das Display schauen, um die Informationen zu erhalten. So ist die erfindungsgemäße Zusatzfunktion, die verbleibende Brennstoffmenge zu prognostizieren, sehr hilfreich und auch sinnvoll, weil der Betreiber unabhängig von seinem derzeitigen Aufenthaltsort darüber informiert wird.

[0021] Mithilfe der erfindungsgemäßen Statusmeldungen wird somit der Nutzer des Heizgerätes über sein Heizungssystem informiert und spielerisch mit einbezogen. Dies führt zur Vermeidung von ungünstigen Betriebsphasen, wie zum Beispiel dem Gluterhaltungsbetrieb, und somit zu geringerem Brennstoffverbrauch und geringeren Emissionen, insbesondere hinsichtlich unverbrannter Kohlenwasserstoffe, wie CO und NOx. Dies wird dadurch erreicht, dass sowohl mit dem Kenntnisstand über den Füllstand des Brennstoffes als auch über zeitlichen Verlauf des Brennstoffvorrats im Füllraum stets ein optimaler Betriebspunkt hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionen angefahren werden kann. Weiterhin kann durch die Ermittlung des Brennstoffladezustands auf Basis einer Wärmebilanzierung dem Betreiber ein optimaler Betrieb vorgeschlagen werden, so dass er hinsichtlich eines ökonomischen und ökologischen Betriebsverhaltens unterstützt wird.

[0022] Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1:

schematisch ein mit Biomasse befeuertes Heizgerät mit Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2:

eine Anzeige für die Brennstoffmenge im Füllraum mit zwei Schwellwerten für den Brennstoff-Füllstand für Statusinformationen eines Heizgerätes und

Fig. 3:

eine Anzeige in einer Empfangseinrichtung für Statusinformationen eines Heizgerätes.

[0023] Das Verfahren zum Betreiben eines mit Biomasse, insbesondere Scheitholz, befeuerten Heizgerätes H kommt mit dem schematischen Prinzipaufbau gemäß Fig. 1 zur Anwendung. Das Heizgerät H besitzt eine Erfassungseinrichtung E für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum sowie eine Regeleinrichtung, welche ein Statussignal aus den messwerten der Erfassungseinrichtung E generiert und an eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung S, E übermittelt. Die Kommunikationseinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Sendeeinheit S und einer Empfangseinrichtung E, vorzugsweise einem mobilen Kommunikationsmedium. Übertragen werden die Informationen wahlweise kabelgebunden oder kabellos bzw. funktechnisch.

[0024] Gemäß Fig. 2 ist eine Anzeige für die Brennstoffmenge im Füllraum mit zwei vorgebbaren Schwellwerten S1, S2 für den Brennstoff-Füllstand für Statusinformationen eines Heizgerätes H vorgesehen, wobei durch das Unterschreiten dieser Schwellwerte S1, S2 jeweils eine Signalschwelle erreicht wird.

[0025] Ein erster Bereich des Statussignals steht für den Normalbetrieb mit ausreichendem Brennstoffvorrat, ein zweiter, hier mit 20% gezeichneter Bereich stellt eine größere Reserve dar und ein dritter, hier mit 20% dargestellter Bereich charakterisiert die letzte verbleibende Reserve und sorgt für eine Warnung bzw. die Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff. Mindestens beim Erreichen des Schwellwertes S2 für den dritten Bereich wird somit eine Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff automatisch generiert und von der Regeleinrichtung an eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung S, E weitergeleitet.

[0026] Gemäß Fig. 3 wird der aktuelle und durchschnittliche Brennstoffverbrauch sowie der aktuelle Füllstand von der Regeleinrichtung erfasst bzw. ermittelt, angezeigt und/oder über eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung S, E ausgegeben. Weiterhin wird die voraussichtliche Brenndauer, also die Restzeit bei derzeitigem Verbrauch, sowie der Durchschnittsverbrauch von der Regeleinrichtung ermittelt und zur Anzeige gebracht.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines mit Biomasse, insbesondere Scheitholz, befeuerten Heizgerätes (H), mit einem Heizmedium führenden Kesselkörper, einem Füllraum für Brennstoff mit einer oberen oder seitlichen Befüllöffnung, einem Brennrost mit einem darunter angeordnetem Aschekasten, einer Verbrennungsgasaustrittsöffnung in eine nachgeschaltete Brennkammer mit einem sich anschließenden Wärmetauscher für das Heizgas, einer Regeleinrichtung sowie einer Erfassungseinrichtung (E) für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum, wobei ein Statussignal generiert und an eine Regeleinrichtung und/oder eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) übermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum erfasst werden und dass die verbleibende Brennstoffmenge durch die Regeleinrichtung ermittelt und/oder mittels der Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) angezeigt wird, und dass Schwellwerte (S1, S2) für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum vorgebbar sind, so dass beim Unterschreiten dieser Schwellwerte (S1, S2) eine Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff mittels der Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte (S1, S2) für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand des Heizgerätes (H) variabel von der Regeleinrichtung gesetzt werden, wobei bei höherer verbrauchsseitiger Wärmeabnahme die Schwellwerte (S1, S2) erhöht werden, so dass eine Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff früher als bei geringerer verbrauchsseitiger Wärmeabnahme erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass für die Variation der Schwellwerte (S1, S2) für den Brennstoff-Füllstand und/oder die Brennstoffmenge im Füllraum in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand des Heizgerätes (H) die Vorlauftemperatur von der Regeleinrichtung ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Statussignal in mindestens drei verschiedene Bereiche unterteilt ist, wobei ein erster Bereich für den Normalbetrieb mit ausreichendem Brennstoffvorrat steht, ein zweiter Bereich für eine größere Reserve sowie ein dritter Bereich für die letzte verbleibende Reserve und die Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff steht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens beim Erreichen des Schwellwertes (S2) für den dritten Bereich für die letzte verbleibende Reserve eine Aufforderung zur Beschickung mit Brennstoff automatisch generiert und von der Regeleinrichtung an eine Anzeige-, Signal-und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) weitergeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle und durchschnittliche Brennstoffverbrauch sowie der aktuelle Füllstand von der Regeleinrichtung erfasst bzw. ermittelt, angezeigt und/oder über eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) ausgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Messungen der Erfassungseinrichtung (E) für den Brennstoff-Füllstand und/oder für die Brennstoffmenge im Füllraum sowie des aktuellen Betriebszustandes des Heizgerätes (H) die voraussichtliche Brenndauer von der Regeleinrichtung ermittelt und angezeigt wird, wobei wahlweise eine Gesamtbrenndauer und/oder eine Brenndauer bis zur nächsten erforderlichen Beschickung mit Brennstoff, entsprechend der vorgegebenen Schwellwerte (S1, S2), ausgegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Informationen von der Regeleinrichtung an eine Anzeige-, Signal- und/oder Kommunikationseinrichtung (S, E) mittels kabelgebundener oder funktechnischer Übertragung übermittelt werden, wobei insbesondere mobile Kommunikationsmedien als Empfangseinrichtung (E) für die Informationen dienen.

Zeichnung