<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Brennwert-Heizgerätes, insbesondere zur Erzwingung der Kondensation in unterschiedlichen Zonen des Wärmeaustauschers.
Beim Betrieb von Brennwert-Heizgeräten aus Aluminium entstehen üblicherweise auf der Abgasseite Ablagerungen aus Verbrennungsrückständen und voluminösen Korrosionsprodukten.
Diese entstehen immer in einem Bereich des Wärmeaustauschers, in dem die Kondensation einsetzt, d. h. am Übergang zwischen der trockenen und nassen Oberfläche. Im üblichen Betrieb kommt es jedoch nicht zu Störungen, da die Heizungsanlage im Tages- und Jahresverlauf mit sehr unterschiedlichen Wassertemperaturen betrieben werden und dadurch die Grenze zwischen trockener und nasser Oberfläche (Kondensationsgrenze) selten an der gleichen Stelle ist. Dadurch werden die Korrosionsprodukte und Ablagerungen abgewaschen.
Es gibt allerdings Anwendungen von Heizgeräten, bei denen die Vor- und Rücklauftemperaturen über den Tages- und Jahresverlauf hin nahezu konstant bleiben. In diesem Fall kann der "Wasch"-Effekt nicht greifen, da die Kondensationsgrenze immer an der gleichen Stelle bleibt. Die Auswirkung ist, dass die Korrosionsprodukte und Ablagerungen sich anreichern und Querschnitte für das Heizgas zusetzt und damit eine Betriebsstörung auslöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Betrieb eines Brennwert-Heizgerätes die Kondensation in unterschiedlichen Zonen des Wärmeaustauschers zu erzwingen, um durch den Fluss des Kondensates ein Abwaschen der Korrosionsprodukte und Ablagerungen zu erreichen.
Aus der US 5 881 681 A ist bekannt, dass Verbrennungsrückstände aus kondensierenden Wärmeaustauschern entfernt werden können, indem durch Veränderung des Brenngas-LuftGemischs die Kondensationsgrenze innerhalb des Wärmeaustauschers verschoben wird.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen gemäss dem Anspruch 1 dadurch gelöst, dem Brenngas-Luftgemisch, das dem Brenner des Heizgerätes zugeführt wird, zusätzlich Wasser zugegeben wird. Hierdurch wird erreicht, dass das Abgas des Brenners eine erhöhte Feuchte aufweist und somit die Kondensation früher einsetzt, wodurch die Kondensationsgrenze im Wärmeaustauscher gezielt durch regelungstechnische Veränderungen verschoben wird.
Gemäss den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 2 wird Wasser in die Brennkammer eines Brennwert-Heizgerätes zwischen Brenner und Wärmeaustauscher gefördert, wodurch das Kondensationsverhalten und damit auch die Kondensationsgrenze verändert werden.
Gemäss den Merkmalen des abhängigen Verfahrensanspruchs 3 wird die Brennerleistung, der Inertanteil des Brenngas-Luftgemischs und / oder der Wärmeaustauscherkühlmittelstrom alternierend unter- oder oberhalb des Wärmebedarfs eingestellt. Hierdurch wird erreicht, dass die Kondensationsgrenze in Strömungsrichtung hin- und hergeschoben wird, wodurch sehr weite Bereiche des Wärmeaustauschers von Kondensat benetzt werden und hierdurch die Ablagerungen weggespült werden können.
Die Brenngasmenge zum Brenner des Brennwertheizgerätes kann verändert werden, um diesen Effekt zu erzielen. Hierdurch wird die Wärmebelastung des Brenners verändert, das heisst mehr oder weniger Wärme steht zur Verfügung, um im Wärmeaustausch eine unterschiedliche Abkühlung zu erfahren. Alternativ kann die zugeführte Verbrennungsluftmenge verändert werden.
Hierdurch wird die Temperatur des Verbrennungsabgases verändert, wodurch auch die Abgaseintrittstemperatur in den Wärmeaustauscher schwankt. Die Kondensationsgrenze des Abgases wird wesentlich durch die Verbrennungsluftmenge bestimmt.
Wird die Förderleistung der Heizungspumpe gemäss den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 4 verändert, so wird mehr oder weniger Wärme vom Abgas auf den Wärmeaustauscher übertragen, so dass die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittelstrom im Wärmeaustauscher und dem Abgas sich verändert. Auch hierdurch kann eine Verschiebung der Kondensationsgrenze im Wärmeaustauscher erreicht werden.
Gemäss den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 5 wird die Heizungspumpe trotz Wärmeanforderung temporär abgeschaltet, wodurch der Wärmeaustauscher sich erwärmt und es zu einer Verschiebung der Kondensationsgrenze kommt.
Gemäss den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 6 erfolgen die Änderungen in der Art, dass in der Summe die Wärmemenge abgegeben wird, welche dem realen Wärmebedarf entspricht.
Hierdurch ist es möglich, dass zwar kurzfristig Schwankungen im Heiznetz auftreten, in der Summe jedoch die notwendige Wärmemenge zur Verfügung steht. Der Endverbraucher wird daher in der Regel das erfindungsgemässe Regelungsverfahren nicht anhand von fühlbaren Temperatur-
<Desc/Clms Page number 2>
schwankungen feststellen konnen.
Die erfindungsgemässe Verschiebung der Kondensationsgrenze erfolgt gemäss den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 7 nur dann, wenn das Heizgerät über einen längeren Zeitraum konstant belastet wurde. Hat eine derartige Belastung nicht stattgefunden, so ist davon auszugehen, dass durch die Temperaturänderungen eine Verschiebung der Kondensationsgrenze stattfand.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung detailliert erläutert. Hierbei zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines Brennwert-Heizgerätes zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die Figur zeigt ein Brennwertheizgerät 1 mit einer Regelung 2, einem Brenner 3 und einem Wärmeaustauscher 4. Dem Brenner 3 ist ein Gebläse 5 mit einem Motor 6 vorgeschaltet. Dieses Gebläse hat auf seiner Eintrittsseite einen Ansaugkanal 10, in den eine Gasleitung 9 hineinreicht.
Die Gasleitung 9 führt zu einer Gasarmatur 7 und einem Gaseintritt 8. Die Gasarmatur 7 ist mit der Regelung verbunden, ebenso wie der Motor 6 des Gebläses 5. Der Wärmeaustauscher 4 des Brennwertheizgerätes 1 ist in einen Heizkreislauf 14 mit einer Heizungspumpe 11, die mit der Regelung 2 verbunden ist, und einem Verbraucher 12 integriert. Zwischen Brenner 3 und Wärmeaustauscher 4 befindet sich eine Brennkammer 16. Unterhalb des Wärmeaustauschers 4 befindet sich ein Abgassammler 17, der einerseits zu einem Abgasrohr 15 und andererseits zu einem Siphon 13 führt. Auf der Vorlaufseite des Wärmeaustauschers 4 befindet sich ein Temperatursensor 18, der mit der Regelung 2 verbunden ist.
Beim Betrieb des Brennwertheizgerätes 1 fördert das Gebläse 5 Luft durch den Lufteintritt 10 zum Brenner 3. Hierbei wird dem Luftstrom Brenngas über den Gaseintritt 8, die Gasarmatur 7 und die Gasleitung 9 zugeführt. Das Brenngas-Luftgemisch verbrennt in der Brennkammer 16 zwischen Brenner 3 und Wärmeaustauscher 4. Üblicherweise weist das Verbrennungsprodukt hierbei Temperaturen zwischen 850 und 1300 C auf. Diese Temperatur ist unter anderem abhängig von der Leistungsdichte des Brenners, dem Luftüberschuss sowie der Feuchte des BrenngasLuftgemisches, als auch von den Randbedingungen der Brennkammer, die u. a. durch die Strahlungswärmeabgabe des Brenners charakterisiert wird. Das Verbrennungsprodukt gelangt in den Wärmeaustauscher 4 und wird dort abgekühlt. Ist der Taupunkt bei etwa 55 bis 60 C erreicht, so bilden sich Wasserperlen auf dem Wärmeaustauscher 4.
Die Kondensation findet im weiteren Verlauf des Wärmeaustauschers 4 statt; die Kondensationsenergie wird auf den Kühlmittelstrom im Wärmeaustauscher 4 übertragen. Das abgekühlte Abgas gelangt in den Abgassammler 17 und über das Abgasrohr 15 in die Atmosphäre. Demgegenüber fliesst das Kondensat über den Siphon 13 in einen Abfluss.
Die Leistungsregelung des Brennwertheizgerätes 1 erfolgt üblicherweise in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur. Dies bedeutet, dass der Temperatursensor 18 ein entsprechendes Signal an die Regelung 2 weiterleitet. Demgemäss regelt die Regelung 2 den Motor 6 des Gebläses sowie die Gasarmatur 7. Andererseits wird die Förderpumpe 11entsprechend angesteuert. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann einerseits bei unveränderter Luftmenge die Gasmenge erhöht bzw. reduziert werden. Hierdurch verändert sich die Belastung des Brenners, das Abgas wird heisser und kälter, wodurch bei unverändertem Kühlmittelkreislauf die Kondensation früher oder später im Wärmeaustauscher 4 stattfindet.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei unveränderter Brenngasmenge lediglich die Förderleistung des Gebläses 5 zu erhöhen bzw. zu reduzieren. Hierdurch verändert sich der Inertanteil; auch dadurch wird eine Veränderung des Kondensationsbereiches erzielt. Eine weitere nicht dargestellte Option stellt die Möglichkeit dar, gezielt Wasser in den Ansaugkanal 10 einzubringen, wodurch die Kondensation früher im Wärmeaustauscher 4 erfolgt.
Wird die Förderleistung der Umwälzpumpe 11reduziert, so steigt die Temperatur im Wärmeaustauscher 4. Dies hat zur Folge, dass die Kondensation erst später im Wärmeaustauscher 4 beginnt. Wird demgegenüber die Pumpenleistung erhöht, so hat dies eine Temperatursenkung im Wärmeaustauscher 4 zur Folge. Dies bedeutet, dass die Kondensation früher einsetzt. Wird eine Wärmeanforderung gezielt um einige Zeit versetzt erst eingeleitet, so ist in der Regel ein Heizungsverbraucher mehr gekühlt, als er es üblicherweise wäre. Dementsprechend ist der Kühlmittelstrom, der in den Wärmeaustauscher 4 gelangt, kälter, die Kondensation setzt früher ein.
Damit der Endverbraucher dieses Regelungsverfahren nicht spürbar anhand von Temperaturschwankungen empfindet, ist es erforderlich, dass in der Summe die abgegebene Wärmeleistung
<Desc/Clms Page number 3>
der geforderten Wärmeleistung entspricht. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass die Prozesse alternierend durchfahren werden, wodurch es einerseits eine erhöhte Abkühlung, andererseits eine verminderte Abkühlung bzw. einen verminderten oder erhöhten Wärmeübergang gibt.
Hierdurch kommt es zu einer gezielten Reinigung durch Kondensat aller relevanten Wärmeaustauscherbereiche. Die alternierenden Schwankungen müssen jedoch in einem zeitlichen Rahmen bleiben, dass die beheizten Räume keine fühlbaren Temperaturschwanken aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennwert-Heizgerätes (1),wobei die Brennerleistung, der
Inertanteil des Brenngas-Luft-Gemischs und / oder der Wärmeaustauscherkühlmittelstrom zeitweise nicht entsprechend des Wärmebedarfs, sondern temporär unterhalb und / oder oberhalb des Wärmebedarfs eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem dem
Brenner (3) des Brennwert-Heizgerätes (1) zugeführten Brenngas-Luft-Gemisch Wasser zugeführt wird.