<Desc/Clms Page number 1>
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr bei einem Ofen, insbesondere bei einem Kachelofen, mit einem verstellbaren Verschlussorgan, welches in der Brennraumtüre oder in einem in den Brennraum des Ofens mündenden Luftzufuhrkanal angeordnet ist und welches mit einem Temperaturfühler in Wirkverbindung steht, der im Verbrennungsgasweg des Ofens angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler mit einer Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht, die mit einer Verstelleinrichtung für das Verschlussorgan gekuppelt ist,
wobei bei einem Absinken der Temperatur der Verbrennungsgase unter einen vorgegebenen Wert das Verschlussorgan in seine die Verbrennungsluftzufuhr vollständig unterbrechende Schliessstellung bewegt wird und wobei die Steuereinrichtung weiters mit einem von der Brennraumtüre betätigbaren Türkontakt in Wirkverbindung steht, der bei einem Öffnen der Brennraumtüre eine Betätigung der Verstelleinrichtung zum Öffnen des Verschlussorganes bewirkt.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der AT-B-395 475 bekannt. Der Sinn dieser Vorrichtung besteht darin, die Verbrennungswärme im Kachelofen besser auszunutzen. Dazu ist es notwendig, nach dem Abbrand des Holzes die Luftzufuhr zu unterbrechen, weil weitere Luftzufuhr für die Verbrennung nicht mehr notwendig ist, sondern nur unnötig den Ofen abkühlt. Um festzustellen, ob der Abbrand bereits erfolgt ist, wird die Temperatur der Verbrennungsgase kontrolliert ; sinkt sie unter einen vorgegebenen Wert, so kann man davon ausgehen, dass der Abbrand erfolgt ist und das Verschlussorgan schliessen.
Umgekehrt ist es aber notwendig, das Verschlussorgan zu öffnen, wenn Brennmaterial nachgelegt wird.
Andernfalls besteht die Gefahr, dass bei unvollständiger Verbrennung explosionsfähige Gase entstehen. Aus diesem Grund wird nach dem Öffnen der Brennraumtüre das Verschlussorgan vollständig geöffnet, weil die Brennraumtüre in aller Regel deshalb geöffnet wird, um Brennmaterial nachzulegen.
Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden wurde, erfolgt das Schliessen des Verschlussorgans bei dieser bekannten Vorrichtung sehr spät, d. h. die Luft, die bis zum Schliessen des Verschlussorgans zugeführt wurde, war für die Verbrennung nicht zur Gänze nötig, sondern hat bereits den Ofen unnötigerweise abgekühlt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der der Heizwert des Brennmaterials noch besser ausgenützt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass von der Verstelleinrichtung auch zumindest eine Zwischenstellung des Verschlussorgans ansteuerbar ist und dass die Steuereinrichtung die Zwischenstellung ansteuert, wenn die Temperatur der Verbrennungsgase einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nämlich gefunden, dass nicht nur das Absinken der Temperatur unter einen bestimmten Wert ein Zeichen dafür ist, dass der Abbrand im wesentlichen vorbei ist, sondern es ist auch das Ansteigen der Temperatur über einen bestimmten Wert ein Anzeichen dafür, dass der Abbrand bereits zu einem Grossteil erfolgt ist und daher der Bedarf an Luft sinkt. Aus diesem Grunde wird gemäss der vorliegenden Erfindung beim Ansteigen der Temperatur über einen bestimmten Wert das Verschlussorgan bereits teilweise geschlossen. Wenn dann die Temperatur unter einen vorgegebenen Wert sinkt, wird das Verschlussorgan vollständig geschlossen.
Es ist besonders zweckmässig, wenn mindestens zwei, vorzugsweise vier Zwischenstellungen des Verschlussorgans ansteuerbar sind, wobei die Zwischenstellungen der Reihe nach mit immer geringer geöffnetem Verschlussorgan angesteuert werden, wenn die Temperatur der Verbrennungsgase Schwellwerte zunehmender Temperatur überschreitet. Dies kann z. B. wie folgt ausgeführt werden : Steigt die Temperatur der Verbrennungsgase auf über 400'C, so wird das Verschlussorgan zu 50% geschlossen. Steigt sie auf über 500'C, wird es zu 60% geschlossen. Steigt sie auf über 700'C, so wird das Verschlussorgan zu 70% geschlossen, und steigt die Temperatur auf über 800'C, so wird das Verschlussorgan zu 85% geschlossen.
Wenn dann schliesslich die Temperatur der Verbrennungsgase auf unter 250 *C sinkt, dann wird das Verschlussorgan vollständig geschlossen. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Regelung der Ofen wesentlich langsamer auskühlt und daher wesentlich mehr Wärme abstrahlt als bei der bekannten Vorrichtung.
Es ist besonders günstig, wenn die Steuereinrichtung den Trend der Temperatur der Verbrennungsgase ermittelt und eine Zwischenstellung mit niedrigem Öffnungsgrad ansteuert, wenn der Trend negativ wird.
D. h. dass zu dem Zeitpunkt, wo die Temperatur zu sinken beginnt, das Verschlussorgan nochmals ein Stück geschlossen wird, z. B. zu 92%.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach Öffnen der Brennraumtüre und nachfolgendem automatischem Öffnen des Verschlussorgans bei steigendem Trend der Temperatur der Verbrennungsgase das Verschlussorgan geöffnet bleibt und die Regelung von vorne beginnt, wogegen sonst das Verschlussorgan in die Stellung zurückgeführt wird, die es vor dem Öffnen der Brennraumtüre eingenommen hat und die Regelung so fortgesetzt wird, als wäre die Brennraumtüre nicht geöffnet worden.
Es wird also zunächst - wie bei der bekannten Vorrichtung - das Verschlussorgan vollständig geöffnet, was aus Sicherheitsgründen notwendig ist, sollte Brennmaterial nachgelegt worden sein. Das Verschlussorgan
<Desc/Clms Page number 2>
bleibt dann aber nicht geöffnet, wie dies bei der bekannten Vorrichtung der Fall ist, sondern es wird der Trend der Temperatur beobachtet : wenn die Temperatur steigt, dann wurde vermutlich nachgelegt, das Verschlussorgan bleibt offen und die Regelung beginnt von vorne ; andernfalls wird aber das Verschlussorgan in die Stellung zurückgeführt, die es vor dem Öffnen der Brennraumtüre eingenommen hat und die Regelung an dieser Stelle fortgesetzt, da ja offensichtlich nicht nachgelegt wurde.
Weiters ist günstig, wenn bei einem Wechsel von negativem zu positivem Trend das Verschlussorgan geöffnet wird und die Regelung von vorne beginnt. Es kommt nämlich manchmal vor, dass nicht das gesamte Brennmaterial gleichzeitig brennt. Es ist möglich, dass ein Teil nahezu vollständig verbrannt ist. was von der Regelung erkannt wird, sodass das Verschlussorgan teilweise oder ganz geschlossen ist, obwohl ein anderer Teil noch gar nicht richtig gezündet hat. Wenn nun dieser Teil zündet, steigt die Temperatur wieder-wie beim Nachlegen. Auch in diesem Fall soll also ein neuer Regelzylkus durchlaufen werden und das Verschlussorgan zunächst voll geöffnet werden.
Es ist zweckmässig, wenn sowohl ein Temperaturfühler zum Messen der Temperatur der Verbrennungsgase im Brennraum als ein Temperaturfühler zum Messen der Temperatur der Verbrennungsgase vor dem Eintritt in den Kamin vorgesehen sind. Dadurch wird die Steuerung besonders zuverlässig, weil zwei unabhängige Messungen vorliegen, die für die Steuerung des Verschlussorgans eine Entscheidungsgrundiage bilden. Auf diese Weise kann auch erkannt werden, wenn einer der Temperaturfühler aufgrund eines Defekts offensichtlich unsinnige Werte liefert.
So ist es in diesem Fall besonders günstig, wenn das Verschlussorgan erst dann vollständig geschlossen wird, wenn sowohl die Temperatur der Verbrennungsgase im Brennraum als auch die Temperatur der Verbrennungsgase vor dem Eintritt in den Kamin jeweils unter einen vorgegebenen Wert gesunken sind.
Z. B. wird das Verschlussorgan erst dann vollständig geschlossen, wenn die Brennraumtemperatur unter 250 C sinkt und die Abgastemperatur unter 110'C. Die Temperaturdifferenz zwischen Brennraum- und Abgastemperatur ist auf eine Nachheizfläche zurückzuführen, die üblicherweise zwischen dem Ofen und dem Kamin angebracht wird. Sind die Züge in der Nachheizfläche zu lang, so sinkt die Temperatur vor dem Kamin bereits auf unter 11 O. C, bevor der Abbrand zu Ende ist. Es ist daher günstig, auch die Temperatur im Heizraum zu überwachen und das Verschlussorgan erst dann vollständig zu schliessen, wenn auch dort die Temperatur z. B. auf unter 250'C gesunken ist.
Umgekehrt können die Züge auch zu kurz sein ; in diesem Fall kann es zu einem Hitzestau in der Nachheizfläche kommen, und es ist dann zweckmässig, nicht bereits bei einem Absinken der Brennraumtemperatur auf unter 250'C das Verschlussorgan vollständig zu schliessen, sondern zunächst noch Luft zur Kühlung der Nachheizfläche durchströmen zu lassen und das Verschlussorgan erst dann zu schliessen, wenn der Hitzestau in der Nachheizfläche zu Ende ist, was an entsprechend niedrigen Abgastemperaturen (z. B. unter 110'C) erkennbar ist. Die Überwachung sowohl der Brennraum- als auch der Abgastemperatur ist also für die Regelung sehr günstig.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Heizeinsatz mit Nachheizfläche, wie sie oft in Kachelöfen eingebaut sind und wo die vorliegende Erfindung realisierbar ist.
Der Heizeinsatz 1 weist eine Brennraumtüre 2 auf, die mit einem Türkontakt 3 versehen ist. Er ist mit einem Luftzufuhrkanal 4 versehen, der durch ein Verschlussorgan 5 verschliessbar ist. Die im Heizeinsatz 1 entstehenden Brenngase werden durch einen ersten Rauchzug 6 zu einer Nachheizfläche 7 geleitet.
Nachdem sie dort durch entsprechende Züge geleitet wurden, wo sie ihre Hitze abstrahlen können, werden die abgekühlten Brenngase durch einen zweiten Rauchzug 8 zum Kamin geleitet. Sowohl im ersten Rauchzug 6 als auch im zweiten Rauchzug 8 ist jeweils ein Temperaturfühler 9 bzw. 10 angeordnet. Der Temperaturfühler 9 misst die Brennraumtemperatur, der Temperaturfühler 10 die Abgastemperatur der Abgase, bevor diese in den Kamin eintreten. Eine elektronische Steuereinrichtung 11 steuert über einen Stellmotor die Stellung des Verschlussorgans 5. Als Eingangssignale erhält sie die von den Temperaturfühlern 9 und 10 gemessenen Werte und vom Türkontakt 3 ein Signal, jedesmal wenn die Brennraumtüre 2 geöffnet wird.
Wird die Brennraumtüre bei kaltem Heizeinsatz 1 geöffnet, so ist dies für die Steuereinrichtung 11 ein Signal, dass man anzünden möchte. Das Verschlussorgan 5 wird zu 100% geöffnet. Wenn die Temperatur nach 10 min nicht zumindest 50'C beträgt, ertönt zur Warnung ein Summton. Die Steuereinrichtung 11 berücksichtigt drei Parameter : die Temperatur, die der Temperaturfühler 9 misst, also die Brennraumtemperatur TB, die Temperatur, die der Temperaturfühler 10 misst, also die Abgastemperatur TA, und den Trend Tr, den die Steuereinrichtung 11 aus Ts ableitet : Tr = ATH/At (t... Zeit). Der Trend Tr wird in regelmässigen Zeitabständen berechnet. Er kann positiv (steigende Temperatur), negativ (sinkende Temperatur) oder 0 (gleichbleibende Temperatur) sein.
Die Regelung gemäss der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass die Verbrennung umweltfreundlich und optimal, d. h. mit höchstmöglichem Ausnutzungsgrad verläuft.
<Desc/Clms Page number 3>
Sobald die Brennraumtemperatur TB höher als 400'C ist, schliesst die Steuereinrichtung 11 das Verschlussorgan 5 zu 50%. Bei TB höher als 500 C um 60%, bei TB höher als 700 *C um 70% und bei TB höher als 800'C um 85% Wenn die Brennraumtemperatur TB zu sinken beginnt (d. h. Tr wird negativ), wird das Verschlussorgan um 92% geschlossen.
Wenn schliesslich die Brennraumtemperatur TB kleiner als 250 *C und die Abgastemperatur TA kleiner als 110'C ist, wird das Verschlussorgan vollständig geschlossen.
Wird die Brennraumtüre 2 während dieser Regelung geöffnet, so bekommt die Steuereinrichtung 11 ein Signal vom Türkontakt 3. Sie öffnet daraufhin das Verschlussorgan 5 vollständig und beobachtet den Trend Tr. Wenn Tr positiv ist, so kann man davon ausgehen, dass nachgelegt wurde. Das Verschlussorgan bleibt offen und wird-wie oben beschrieben-abhängig von T 8, TA und Tr zunehmend geschlossen. Andernfalls, also wenn Tr Null oder negativ ist, wurde offensichtlich nicht nachgelegt, sondern nur der Abbrand kontrolliert. In diesem Fall wird das Verschlussorgan 5 wieder in den Zustand gebracht, in dem es vor dem Öffnen der Brennraumtüre 2 war, und die Regelung an dieser Stelle fortgesetzt, so, als ob die Brennraumtüre 2 nicht geöffnet worden wäre.
Auch ohne dass die Brennraumtüre 2 geöffnet wird, wird der Trend Tr ständig überwacht. Wechselt er von negativ nach positiv, bedeutet dies, dass Brennmaterial zu brennen beginnt, das bisher nicht gebrannt hat. Die Steuereinrichtung 11 öffnet daraufhin das Verschlussorgan 5 und beginnt mit der Regelung wieder von vorne.
Bezüglich der technischen Ausführung der verwendeten Elemente kann auf die AT-B-395475 verwiesen werden. So kommen als Temperaturfühler insbesondere Thermoelemente in Frage, und der Stellmotor kann als Thermostellmotor ausgebildet sein. Dieser enthält einen Dehnstoff, der sich bei Erwärmung mittels einer elektrisch gespeisten Heizwicklung ausdehnt. Er wird also durch Ansteuerung der Heizwicklung betätigt.
Man ordnet ihn zweckmässigerweise so an, dass bei Stromausfall (also ohne Heizung) das Verschlussorgan vollständig geöffnet ist. Um Zwischenstellungen anzusteuern, kann man einfach verschiedene Spannungen an die Heizwicklung anlegen. Die notwendigen verschiedenen Spannungen kann man entweder durch Leistungselektronik oder durch Potentiometer (Spannungsteiler) erzeugen.