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Regelanlage für Öfen oder Heizkessel mit beliebiger Feuerung
Gegenstand der Erfindung ist eine Regelanlage für Öfen oder Heizkessel mit beliebiger Feuerung, und dem Zweck, einerseits die Temperatur der Raumluft bzw. des Kesselwassers oder den Dampfdruck auf einem vorgegebenen Wert konstant zu halten, anderseits den Schornsteinverlust durch Begrenzung der Ab- gastemperatur unterhalb eines zulässigen Höchstwertes zu vermindern. Mit der Erfindung wird eine Ver- wendbarkeit der Regelanlage angestrebt, auch dann, wenn eine Umstellung von Rostfeuerung (mit festen
Brennstoffen) auf Ölfeuerung erfolgt.
Bisher bekanntgeworden sind folgende Regler und Regelanlage :
1. Zimmerofen mit Bimetallregler, der an der Ofenwand angebracht ist und im Strom der Verbren- nungsluft liegt, dabei über Hebel, Gestänge u. dgl. die Luftklappe öffnet und schliesst. Mit ihm ist keine genaue Regelung der Raumlufttemperatur möglich, da sich die Ofenwandtemperatur auf den Bimetallreg- ler auswirkt, vor allem aber keine Begrenzung des Schornsteinverlustes bei steigendem Schornsteinzug gegeben ist.
2. Zimmerofen mit Bimetallregler, der die Ofenwandtemperatur oder Rauchgastemperatur abfühlt und aber Gestänge u. dgl. die Verbrennungsluftklappe öffnet und schliesst. Hier ist keine Konstanthaltung der Raumlufttemperatur gewährleistet ; bei Verstellen des Regelwertes auch keine ausreichende Begrenzung des Schornsteinverlustes, da mit diesem Regler nur die Gesamtbrennzeit des Dauerbrandofens geregelt werden kann.
3. Ofen oder Kessel mit Unterwindgebläse, das von einem Raumthermostaten bzw. Kesselthermosta- ten oder Kesseldruckregler ein-und ausgeschaltet wird. Nachteilig ist, dass keine Begrenzung des Schom- steinverlustes bei steigendem Schornsteinzug möglich ist.
4. Ofen oder Kessel mit Feuerungsregler, der die Temperatur der erwärmten Luft, des Kesselwassers bzw. den Dampfdruck durch Schliessen und Öffnen der Verbrennungsluftklappe über eine Kette mit Stellschloss in bestimmten Grenzen auf einem vorgegebenen Wert konstant hält. Dieser Feuerungsregler hat den Nachteil, dass keine Begrenzung des Schornsteinverlustes bei steigendem Schornsteinzug gegeben ist.
5. Ofen oder Kessel mit halbautomatischem oder vollautomatischem Ölbrenner, der entweder von einem Kesselthermostaten bzw. Druckregler oder aber von einem Raumthermostaten in Verbindung mit einem Kesselgrenzregler ein-und ausgeschaltet wird. Hiezu gehören die halbautomatische Gross-Klein- Regelung sowie die halbautomatische kontinuierliche Regelung ; des weiteren die vollautomatische intermittierende Regelung (Ein-Aus-Regelung), die vollautomatische kombinierte Gross-Klein-Aus-Regelung sowie die vollautomatische kombinierte kontinuierlich/intermittierende Regelung.
Als Nachteil ist bei allen diesen Regelanlagen gegeben : keine Begrenzung des Schomsteinverlustes bei steigendem Schornsteinzug.-Der früher verwendete Flammenwächter, der als Bimetallregler im Abgasrohr eingebaut wurde und einen elektrischen Schalter betätigte, diente zur Absperrung der Ölleitung beim Versagen der Zündung oder Verlöschen der Flamme ; die Trägheit dieses Wächters ist jedoch sehr gross, so dass er fast nirgends mehr verwendet wird.
6. Ofen oder Kessel mit Regler nach 3) oder 4), jedoch mit zwei oder mehreren Abgasleitungen und einem Abgastemperaturregler (auch Bimetallregler), der mechanisch unabhängig vom Feuerungsregler bzw. Verbrennungsluftregler eine Rauchgasklappe öffnet und schliesst, wodurch in engen Grenzen die Abgastemperatur und somit der Schornsteinverlust konstant gehalten wird (österr. Patentschrift Nr. 187219).
Nachteilig ist, dass die Begrenzung des Schornsteinverlustes an mindestens zwei Abgasleitungen, d. h. an zwei verschieden grosse Heizflächen gebunden ist, wodurch der nachträgliche Einbau in einen gewöhnlichen Ofen oder Kessel mit nur einem Abgasrohr nicht ohne grossen Umbau möglich ist, vor allem weil die
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grössere Heizfläche meist durch Sturzzüge gebildet wird und die beiden Abgasteilströme sich vor Eintritt in den Schornstein wieder vereinigen müssen, dabei die so entstehende Abgasmischungstemperaturvom
Thermostatfühler abgefühlt und die Bewegung des Reglerstiftes über eine Stange. usw. auf die Rauchgas- klappe übertragen wird. (Vergl. österr. Ingenieur-Zeitschrift, Oktober 1959, Heft 10, Seite 386-388.)
7.
Schornsteinzugregler für Öfen und Kessel, welche darauf beruhen, dass bei steigendem Zug eine
Falschluftöffnung freigegeben wird, wodurch meist in den Feuerraum (bzw. in die Abgasleitung) Falsch- luft eintreten kann, die dem Ofen (bzw. Kessel) Wärme entzieht und dadurch der Schornsteinzug verrin- gert wird, haben den Nachteil, dass jede Falschluftöffnung oder Undichtheit im Schornstein eine Absen- kung des Wirkungsgrades herbeiführt. Die Falschluft ist nicht zu verwechseln mit der Sekundärluft, wel- che bekanntlich zur Verbrennung von CO-Gasen gebraucht wird.
8. Schornsteinzugregler für Öfen und Kessel, welche darauf beruhen, dass eine Rauchgasklappe in der
Abgasleitung von Hand oder durch einen Regler geschlossen wird. Auf Grund der behördlichen Bestim- mungen muss mindestens 1/4 des Abgasrohrquerschnittes. (Fuchsquerschnittes) auch nach dem Schliessen der Klappe vorhanden sein ; dadurch ist kein ausreichender Regelbereich bei steigendem Schornsteinzug vorhanden.
9. Regelvorrichtung für Heizkessel und Öfen mit unterem Abbrand und Saugzug- oder Unterwindgebläse, das von einem Raumthermostaten, einem Regler mit Hohlspiegel an der Oberseite des Brennstoff- aufsatzbehälters. sowie einem Kesselthermostaten (bzw. Dampfdruckregler) ein-und ausgeschaltet wird.
Der Regler mit Hohlspiegel öffnet den elektrischen Schalter, wenn die Temperatur im Aufsatzbehälter einen bestimmten Wert erreicht, d. h. wenn der Brennstoffvorrat im Kessel zur Neige geht und sich die
Strahlung der noch glühenden Koksmenge auf den Hohlspiegel und auf den Reglerfühler auswirken kann.
Dieser Regler ist aber auch so ausgebildet, dass er gleichzeitig einen zweiten elektrischen Schalter schliesst, wodurch eine Warnanlage (Horn- oder Lichtsignal) eingeschaltet wird und dem Heizer anzeigt, dass Brennstoff in den Aufsatzbehälter nachgefüllt werden muss. Auch bei dieser Regelanlage ist keine Begrenzung des Schornsteinverlustes bei steigendem Schornsteinzug gegeben.
10. Bekannt ist ferner die Verstellung der Verbrennungsluftklappe durch einen Abgasthermostaten entweder auf mechanischem, elektromechanischem oder mechanisch-hydraulischem Wege ; ferner die Verstellung der Verbrennungsluftklappe mit Hilfe einer Kette (oder Seil), gesteuert von einem Raumthermostaten, der gleichzeitig die Falschluftklappe im Rauchabzug öffnet oder schliesst. Bekannt ist weiter die Regelung der Brennstoffzufuhr zu einem Brenner nach der Abgastemperatur auf dem Wege eines luftdruckgesteuerten Verstellmechanismus. Alle diese Regelungen sind im Vergleich mit der erreichbaren Wirkung sehr kompliziert.
Diese Nachteile und Mängel werden durch den Erfindungsgegenstand dadurch behoben, dass im Abgasrohr oder Fuchs ein Thermostatfühler eingebaut ist, an dem ein Betätigungszug od. dgl. angeschlossen und zu einer Luftklappe eines Reglers für die Verbrennungsluft geführt ist, die an der Aussenseite einer Öffnung eines Gehäuses des Reglers angeordnet ist und dass an der Innenseite der Öffnung eine z. B. durch einen Raumthermostaten über einen Zugmagneten gesteuerte Luftklappe angeordnet ist.
Beide Luftklappen wirken auf eine Lufteintrittsöffnung im Reglergehäuse. Der elektrische Zugmagnet wird entweder nur von einem Raumthermostaten (bei Zimmeröfen) oder aber von einem Raum-und einem Kesselthermostaten (als Grenzregler), oder aber nur von einem Kesselthermostaten (in Verbindung mit dem Grenzregler) bzw. von einem Dampfdruckregler ein-und ausgeschaltet. Diese Ausführung hat dazu noch den Vorteil, dass die Kosten für den Verbrennungsluftregler einschliesslich Abgastemperaturregler samt Kabelseilzug wesentlich niedriger sind als die Kosten für ein Unterwindgebläse mit Elektromotor. Der Zugmagnet kann entweder für Gleichstrom (6 V oder 12 V) oder für Wechselstrom (Lichtstrom meist 220 V) ausgeführt werden.
Bei Wechselstrom ist es zweckmässig, den Zugmagneten mit Kurzschlussring auszustatten, um das Brummen möglichst gering zu halten ; des weiteren soll der Magnet gummigelagert werden, um eine Übertragung von noch vorhandenen Brummgeräuschen auf das Reglergehäuse (bzw. auf die Ofenwand) auszuschliessen.
Bei halbautomatischen oder vollautomatischen Ölfeuerungen (nach 5.) wird dann an Stelle des Verbrennungsluftreglers der Ölbrenner mit seinem Leistungsregler gesetzt. Der Kabelseilzug vom Abgasthermostaten wird in diesem Fall an den Leistungshebel des Ölbrenners. angeschlossen, wodurch eine Veränderung der Heizölmenge und der hiefür notwendigen Luftmenge vom Abgasthermostaten aus erfolgen kann.
Bei Umstellung von der Rostfeuerung auf die Olfeuerung können daher alle Organe ausser dem Verbrennungsluftregler verwendet werden.
Bei Verwendung eines Saugzug- oder Unterwindgebläses (nach 3. und 7. ) kann der Kabelseilzug an eine Klappe vor dem Gebläse an Saugstutzen (Ansaugöffnung) angeschlossen werden, wodurch vom Ab-
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gasthermostaten aus die Luftmenge (bzw. abgesaugte Gasmenge) und damit der Schornsteinzug geregelt werden.
Durch diese relativ einfache Regelanlage kann einerseits eine vorgegebene Raumtemperatur, ander- seits der Schornsteinverlust (die Abgastemperatur) in engen Grenzen konstant gehalten werden. Von gro- ssem Vorteil ist es, dass die Regelanlage auch nachträglich an jeden bestehenden Ofen oder Kessel ohne
Schwierigkeiten angebracht werden kann.
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. l zeigt einen
Ofen mit Rostfeuerung, die Fig. 2 und 3 zeigen den Verbrennungsluftregler in Vorder- und Seitenansicht und Fig. 4 zeigt einen Warmwasserkessel mit vollautomatischer Ölfeuerung (schematische Darstellung).
Bei der Ausführungsform nach den Fig. l bis 3 ist der Ofen 1 mit einem Rost 2, einem Abgasrohr (Fuchs) 3 und einer Schürtüre 4 versehen und trägt an einer Aschenkastentare 5 einen Verbrennungsluft- regler 6. Ein elektrischer Zugmagnet 7 öffnet bei eingeschaltetem Strom eine innere Luftklappe 8 ; bei ausgeschaltetem Strom wird die innere Luftklappe 8 durch Abfallen des Zugankers des Magneten und auf
Grund des Eigengewichtes der Klappe geschlossen, d. h. eine Lufteintrittsöffnung 9 wird verschlossen. Im
Abgasrohr 3 befindet sich ein Thermostatfühler 11 mit einem Kupplungsstift 12. Ein Kabelseilzug 13 ist mit dem einen Ende am Kupplungsstift 12, mit dem andern Ende an einer äusseren Luftklappe 14 befestigt.
Erreicht die Abgastemperatur einen vorgegebenen Wert, so wird die äussere Luftklappe 14 geschlossen.
Die Verkürzung des Seilzuges bewirkt eine kleinere Klappenöffnung in der Nullstellung (vor dem Anheizen), d. h. die äussere Klappe 14 wird nun bei einer kleineren Abgastemperatur geschlossen. Einstell- möglichkeiten bezüglich Seilzuglänge sind am Kupplungsstift 12 und an der äusseren Luftklappe 14 gegeben. Der elektrische Strom wird dem Netz 15 entnommen und über elektrische Leitungen 17 zu einem Raumthermostaten 16 und weiter zum elektrischen Zugmagneten 7 geleitet. Ist der vorgegebene Wert der Raumtemperatur (z. B. +200C) noch nicht erreicht, so ist der elektrische Zugmagnet 7 eingeschaltet und die innere Luftklappe 8 ist geöffnet. Die Verbrennungsluft strömt nun durch die Lufteintrittsöffnung 9 in das Innere des Verbrennungsluftreglers 6 und weiter durch eine Luftaustrittsöffnung 10 in den Aschenkastenraum zum Rost.
Steigt im Verlaufe der Verbrennung die Abgastemperatur über einen bestimmten Grenzwert (je nach Brennstoff zwischen 120-180 C) an, so wird der Stift 12 über eine entsprechende Grenzlage hinaus bewegt und die äussere Luftklappe 14 mehr oder weniger geschlossen, wodurch die Luftmenge gedrosselt und die Abgastemperatur gesenkt wird. Ist nun die vorgegebene Raumtemperatur (200) erreicht, so schaltet der Raumthermostat 16 den Strom aus (einfacher einpoliger Schalter) und der Zuganker fällt ab ; die innere Luftklappe 8 wird auf Grund des Eigengewichtes samt Zugankergewicht geschlossen, wodurch die Luftmenge auch bei geöffneter äusserer Luftklappe 14, und somit die Verbrennung, gedrosselt wird.
Dadurch wird auch die Raumtemperatur nach einer bestimmten Zeit fallen ; je nach Schaltdifferenz (meist zwischen 0,5 bis 1 C) schaltet der Raumthermostat, z. B. bei 19, 5 C, den Strom wieder ein und der elektrische Zugmagnet öffnet die innere Luftklappe 8.
Der Verbrennungsluftregler 6 ist mit seinem Gehäuse samt Deckel mit vier Stück Befestigungsschrauben 18 an der Aschenkastentüre 5 befestigt. Zwischen dem Reglergehäuse und der Aschenkastenttlre befindet sich eine Wärme- und Schallisolierung 19. Der Verbrennungsregler 6 wird so montiert, dass die Luftaustrittsöffnung 10 mit der Öffnung in der Aschenkastentüre 5 übereinstimmt. Der elektrische Zugmagnet 7 ist mit vier Schrauben 23 am Reglergehäuse befestigt, u. zw. wird der Zugmagnet zweckmä- ssigerweise auf Gummizwischenlagen 24 gelagert. Der Gehäusedeckel ist mit zwei Schrauben 22 befestigt.
Bei abgenommenem Deckel ist der Regler zugänglich. Das elektrische Leitungskabel 17 führt zum Zugmagneten 7., Der Kabelseilzug 13 wird bei dieser Ausführungsform von unten in den Regler eingeleitet und in einem Bogen zur äusseren Luftklappe 14 herumgeführt und mit der Kugel 26 gelagert. Kabelseilzug und elektrische Leitungskabel werden durch die Schellen 25 gehalten. Bei abgenommenem Deckel kann durch Drehen der Verstellschraube 20 die innere Luftklappe 8 derart verstellt werden, dass die Klappenöffnung bei eingeschaltetem Zugmagneten 7 grösser oder kleiner ist. Des weiteren kann durch Hineindrehen der Verstellschraube 21 die stationäre Stellung der inneren Luftklappe 8 bei ausgeschaltetem Zugmagneten 7 verändert werden (Hineindrehen bedeutet grössere, Herausdrehen kleinere Öffnung).
Diese Anordnung wirkt sich günstig auf die Anzahl der Schaltungen aus, da bei ausgeschaltetem Zugmagneten, d. h. nach Erreichen der vorgegebenen Raumtemperatur der Wärmebedarf nicht Null ist. Der Ofen soll daher mit verringerter Leistung arbeiten, was hier erreicht ist. Beide Klappen (8 und 14) verschliessen die Lufteintritts- öffnung 9 und sind so angeordnet, dass sie in offener Stellung für den Luftstrom einen möglichst geringen Widerstand bilden. Die Lufteintritts- und -austrittsöffnungen sind daher an den Kanten abzurunden.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Warmwasserheizkessel nach Umstellung auf Ölfeuerung.
Der Kessel 1 ist mit Vor-und Rücklauf, Abgasrohr 3, Schürtüre (Putzloch) 4 versehen und trägt an der
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Aschenkastentüre 5 einen Ölbrenner 28, der über das Netz 15, elektrische Leitungen 17, den Raumthermostaten 16 und einen Kesselgrenzregler 27 ein-und ausgeschaltet wird. Im Abgasrohr (Fuchs) 3 befindet sich wieder der Thermostatfühler 11 mit dem Kupplungsstift 12. Der Kabelseilzug 13 wird nun an dem einen Ende mit dem Kupplungsstift 12, mit dem andern Ende jedoch an einem Leistungshebel 29 des Ölbrenners 28 befestigt. Eine Einstellung, d. h. Verkürzung des Seilzuges ist hier am Stift 12 und am Leistungshebel 29 gegeben. Verkürzung des Seilzuges bedeutet wieder, dass bei kleinerer Abgastemperatur die Leistung des Ölbrenners gesenkt wird. Ist die vorgegebene Raumtemperatur (z.
B. +200C) noch nicht erreicht, so ist der Ölbrenner eingeschaltet und die Kesselwassertemperatur steigt. Erreicht die Wassertemperatur einen Grenzwert (meist mit 90 - 950C festgelegt), so schaltet der Kesselgrenzregler 27 den Ölbrenner ab, wenn auch der Raumthermostat 16 eingeschaltet ist. Dadurch sinkt bei entsprechendem Wärmebedarf früher oder später die Kesselwassertemperatur und der Grenzregler 27 schaltet den Ölbrenner 28 wieder ein (Schaltdifferenz beim Grenzregler ca. 5-6 C üblich).. Ist die vQrgegebene Raumtemperatur (200C) erreicht, so schaltet der Raumthermostat 16 den Ölbrenner 28 ab usw. Steigt im Verlaufe der Verbrennung die Abgastemperatur und wird ein höchstzulässiger Grenzwert überschritten (meist 180 C), so erreicht der Stift 12 eine bestimmte Grenzstellung und der Leistungshebel 29 wird verstellt.
Damit der Leistungshebel 29 aber nicht schon bei der ersten Bewegung des Kupplungsstifes 12 ver-
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an dem Kupplungsstift 12 befestigt, wodurch der Seilzug erst ab einer einstellbaren Grenzstellung des Reg- lerstiftes mitgenommen und der Leistungshebel verstellt wird. Durch die Verstellung des Leistungshebels 29 wird die Heizölmenge und die hiefür notwendige Luftmenge gedrosselt, so dass die Abgastemperatur wie- der etwas sinkt. Dadurch geht der Reglerstift 12 wieder in die Grenzlage zurück und der Leistungshebel 29 wird auf Grund einer Federkraft (Feder im Inneren des Ölbrenners) wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt usw.'
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Regelanlage ist es also möglich, einerseits die Raumtemperatur (bzw.
Kesselwassertemperatur) in engen Grenzen konstant zu halten, anderseits den Schornsteinverlust durch Konstanthaltung der Abgastemperatur auf den einstellbaren zulässigen Höchstwert zu begrenzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelanlage für Öfen oder Heizkessel mit beliebiger Feuerung, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasrohr oder Fuchs ein Thermostatfühler (11) eingebaut ist, an dem ein Betätigungszug (13) od. dgl. angeschlossen und zu einer Luftklappe (14) eines Reglers (6) für die Verbrennungsluft geführt ist, die an der Aussenseite einer Öffnung (9) eines Gehäuses des Reglers (6) angeordnet ist und dass an der Innenseite der Öffnung (9) eine z. B. durch einen Raumthermostaten (16) über einen Zugmagneten (7) gesteuerte Luftklappe (8) angeordnet ist.