Die Erfindung betrifft einen Zentralheizungskessel für Festbrennstoffmaterialien gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Solcherart Verbrennungskessel werden beispielsweise in ländlichen Gegenden zur Beheizung und Warmwasseraufbereitung für mehrere zusammenhängende Wohneinheiten oder ein Bauerngehöft eingesetzt. Die Heizleistung könnte mit 20 kW ausgelegt sein und als Brennmaterial käme besonders Stückholz in Betracht. Die bei der Verbrennung der entwickelten Gase entstehende Hitze wird mittels eines Wärmeaustauschers auf das im Heizkreislauf zirkulierende und den Wärmetransport ausführende Wasser übertragen. Der Wirkungsgrad des gesamten Kessels ist von vielen Faktoren abhängig. So muss die Verbrennung möglichst vollständig sein, d.h. das eingesetzte Heizmaterial, selbst grobe Holzscheite bis zu 50 cm Länge, müssen weitestgehend umgesetzt werden, und nur ein minimaler Anteil an Kohlenmonoxid darf in den Abgasen verbleiben.
Die entstehende Wärme sollte zu einem maximalen Anteil auf den zirkulierenden Wasserkreislauf übertragen werden. Ferner ist eine optimale Regelung der Verbrennung entsprechend dem Wärmebedarf wünschenswert. Für einen effizienten Heizkessel spielen schliesslich noch die solide und rationelle Fertigung - die Basis dafür wird im konstruktiven Aufbau gelegt - sowie die Bedienungsfreundlichkeit eine Rolle.
Um sich den vorgenannten Anforderungen zu nähern, wurden in der Vergangenheit vielfältige Anstrengungen unternommen. Aus der CH-PS 405 665 ist ein Zentralheizungskessel für feste Brennstoffe bekannt, an welchem zur Vereinfachung der Brennstoffbeschickung, insbesondere bei Verwendung grober Holzscheite, eine grössere, an der Heizkesseloberseite befindliche und mit einer Abdeckplatte verschliessbare Beschickungsöffnung vorhanden ist. Zur besseren Ausnutzung der bei der Verbrennung entstehenden Energie hat man über dem Heizraum eine Vielzahl paralleler und zueinander beabstandeter Wasserkammern angeordnet und zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Heizgase einen Sturzzug in der Randzone des Kessels vorgesehen.
In der CH-PS 593 451 ist eine weiter verbesserte Führung der Verbrennungsgase innerhalb eines Heizkessels beschrieben worden. Durch eine partielle Verengung zwischen den Wasserkammern wird für die direkt nach oben steigenden Heizgase ein grösserer Widerstand gebildet, wodurch sich die Ausnützung der Verbrennungswärme erhöht und die Heizflächenbelastung gleichmässiger gestaltet. Das Einbringen des Brennmaterials erfolgt vorrangig über eine in der Kesseloberseite vorhandene, mit einer Abdeckplatte verschliessbare Beschickungsöffnung. Falls diese Abdeckplatte - die Kesseloberseite ist als Kochfläche benutzbar - mit Geschirr besetzt ist, kann über eine vordere Beschickungsöffnung Brennmaterial nachgelegt werden. Die Beschickungsöffnung wird mit einer in einer Vortür federnd gelagerten Heiztür und gefrästem Sitz dicht abgeschlossen.
Ein weiter entwickelter Zentralheizungskessel ist aus der EP-PS 0 090 778 bekannt. Die Kesselseitenwände sowie die Kesselrückwand werden von Wasserkammern gebildet. Eine weitere, zu den seitlichen Wasserkammern parallele Wasserkammer, trennt den Füllschacht von dem Wärmetauscherschacht ab. Alle diese Wasserkammern er strecken sich von der Kesseloberseite bis zur Höhe des Heizrostes. Eine halbhohe, zusätzliche Wasserkammer ragt in den Füllschacht hinein und ist beabstandet - einen Zwischenschacht bildend - zum Wärmetauscherschacht angeordnet. Zur Verbesserung des Kesselwirkungsgrades wurde unterhalb der halbhohen Wasserkammer ein Rauchgasführungselement in der Art einer Leiste mit trapezförmigem Querschnitt vorgesehen, wodurch die aufsteigenden Rauchgase in den Zwischenschacht geleitet werden.
Die im Wärmetauscherschacht platzierten Wärmetauscher vergrössern die den Rauchgasen exponierte Oberfläche. Mit einer vor dem Wärmetauscherschacht eingebauten und den Rauchgasen den kürzeren Weg in die Abzugsöffnung versperrenden bzw. partiell freigebenden Verschlusswange wird die Rauchgastemperatur geregelt.
Nach der CH-PS 659 121 ist bekannt, den Wirkungsgrad eines Heizkessels für Festbrennstoffe dadurch zu erhöhen, dass der Rost als Luftzubringer ausgebildet wird, indem am Rost eine Vielzahl von mit Druckluft beschickten Luftaustrittsöffnungen vorgesehen sind. Mit einem Schieber ist der Durchlass der Luftaustrittsöffnungen regelbar und somit die gefahrene Kesselleistung einstellbar. Schliesslich wird in der CH-PS 673 699 ein Regelungsverfahren sowie eine dazugehörige Anordnung zur Regelung der Verbrennungsluft vorgeschlagen, um eine möglichst hohe Flammtemperatur und damit weitestgehende Verbrennung zu erreichen. Dazu eingesetzt werden herkömmliche lineare Regler.
Der bisher erreichte Entwicklungsstand ist in vielerlei Hinsicht unbefriedigend. Die existierenden Zentralheizungskessel für Festbrennstoffe, insbesondere Stückholz, sind in ihrem Wirkungsgrad und damit auch bezüglich ihrer Umweltverträglichkeit weiter verbesserungsbedürftig. Die Bedienungsfreundlichkeit kann noch nicht als optimal bewertet werden; das betrifft solche Aspekte, wie Zugänglichkeit des Kessels beim Beschicken und Reinigen. Überdies sind die bekannten Kessel recht kompliziert in ihrem Aufbau und damit zu aufwändig in der Fertigung.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Zentralheizungskessel der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, welcher durch neuartigen Grundaufbau in feuerungs- und fertigungstechnischer Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt erbringt. So soll im Kessel die Gasverbrennung möglichst vollständig sein und die erzeugte Wärme in hohem Masse für den Heizprozess ausgenutzt werden. Durch vervollkommnete Baueinheiten und mittels einer entsprechenden Regeleinrichtung gilt es, die Fahrweise des Kessels zu optimieren. Die Bedienungsfreundlichkeit beim Beschicken des Kessels, bei laufendem Betrieb sowie bei Reinigungs- und Servicearbeiten ist weiter zu verbessern. Zur Vereinfachung des Sprachgebrauches wird nur der Begriff Zentralheizungskessel verwendet; die Erfindung bezieht sich natürlich auch auf Etagenheizungskessel sowie auf Heizkessel mit einem Herdanteil.
Das Wesen der Erfindung besteht in einer horizontalen Zweiteilung des Kessels in einen Feuerungsteil und einen darüber liegenden wasserführenden Teil, wobei der Kessel über je eine grossflächige, zuverlässig schliessende Beschickungs- bzw. Aschentür - ausgestaltet als Doppeltür - bedient wird. Eine spezielle Wirbelbrennkammer - als keramischer Monoblock - in Kombination mit einem Lamellenpaket bewirken eine Zwangsführung des Gasstromes innerhalb des Kessels mit einer hochgradigen Verbrennung und Wärmeübertragung am Wärmetauscher. Die Regelung des Kessels geschieht über die Erfassung der Flamm- und der Wasservorlauftemperatur, die in einer Fuzzy-Logic-Regeleinrichtung verarbeitet werden und zur Beeinflussung der den Kessel durchströmenden Gesamtluftmenge sowie des Primär-/Sekundärluftverhältnisses führen.
Die gesamte Elektronik ist raumsparend und leicht zugänglich an der Innenseite der Servicetür angeordnet.
Die Erfindung ist im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert; bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der neu konzipierte Heizkessel zeichnet sich durch folgende Vorteile aus. Die konsequente horizontale Zweiteilung des Kessels mit der Trennlinie oberhalb des Heizrostes ermöglicht durch die Baugruppenstruktur und die handhabbareren Baugruppendimensionen eine effizientere Herstellung. Dass der Glutbereich nicht mehr von wasserführenden Teilen umgeben ist, bewirkt eine geringere Abkühlung dieser Zone und damit einen stabileren Erhalt der Glut. Die grossflächige Beschickungs- und Aschentür mit der Aussenverkleidung und den daran mittig angelenkten Innentüren erlauben einen bequemen Zugang zum Füll- bzw. Aschenraum. Selbst mit groben, unförmigen Holzscheiten ist ein bequemes Beschicken des Heizkessels möglich. Die einfache, kostengünstig herstellbare Türkonstruktion erlaubt dabei einen dichten Verschluss trotz der weit aufgespannten Dichtfläche.
Jeglicher unerwünschte Gasschlupf von der Füllraumseite zur Wärmetauscherseite wird durch die längsseitig einstückige Wirbelkammer sowie eine Stopfbuchsendichtung am Wärmetauschereintritt vermieden, sodass keine negative Beeinflussung der Abgaswerte geschieht. Durch die Paketbauweise der Turbulatorlamellen ist ein einfaches, schnell ausführbares Einsetzen und Entfernen des kompletten Lamellenpaketes aus der Wärmetauscherzone - z.B. bei Reinigungsarbeiten - möglich. Es entfällt das bisher aufwändige Hantieren mit einer Vielzahl von einzelnen Turbulatorblechen. Schliesslich ermöglicht der Einsatz einer Fuzzy-Logic-Regelung, den nicht linearen Prozess der Stückholzfeuerung mit relativ geringem Aufwand bei der empirischen Bestimmung der Systemcharakteristiken zu einer optimierten Verbrennungsregelung zu gelangen.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 Gesamtansicht des Zentralheizungskessels;
Fig. 2a Schnittdarstellung des Feuerungsteils;
Fig. 2b Perspektivdarstellung des wasserführenden Teils;
Fig. 2c Schnittdarstellung des wasserführenden Teils;
Fig. 2d Rückansicht des Kessels;
Fig. 2e Schnittdarstellung im Bereich des Abzugsrohres;
Fig. 3 Detaildarstellung der Beschickungstür;
Fig. 4a Explosivdarstellung der Wirbelkammer;
Fig. 4b Mehrfachschnitt durch die Wirbelkammer;
Fig. 4c Vertikalschnitt durch die Wirbelkammer;
Fig. 5a Perspektivdarstellung des Turbulator- Lamellenpaketes;
Fig. 5b Seitenansicht des Turbulator-Lamellenpaketes;
Fig. 6a Regelschema und
Fig. 6b Frontansicht Primär- und Sekundärluftschieber.
Gemäss Fig. 1 besteht der Zentralheizungskessel 1 aus einem von einer Aussenverkleidung 2 weitgehend umgebenen Gehäuse, das auf Sockelfüssen 3 ruht. An der Vorderfront 4 weist der Kessel 1 die grossflächige Beschickungsöffnung 5 und die darunter befindliche Rostöffnung 6 auf. Über die Rostöffnung 6 hat man Zugang zum Rost 7 und einem darüber gelegenen Ausschnitt des unteren Bereiches des Füllraumes 8. Die Rostöffnung 6 wird man zum Anheizen, zum Reinigen und zur Entnahme der Asche benutzen, die in einem unter dem Rost 7 platzierten, herausnehmbaren Aschenkasten 9 aufgefangen wird. Über die Beschickungsöffnung 5 erfolgt das Einlegen des Hauptteils des Brennmaterials 10, z.B. grobe Holzkloben.
Die Beschickungs- und Rostöffnung 5, 6 werden von von der Vorderfront 4 nach aussen abstehenden Rahmen 11, 12 umgeben, an welche beim Verschliessen der \ffnungen die als Doppeltür ausgebildete Beschickungstür 13 bzw. Aschentür 14 anschlagen. Die Beschickungstür 13 besteht aus einer Aussentür 15 und der an Letzterer befestigten Innentür 16, die im geschlossenen Zustand am Rahmen 11 dicht anliegt und somit das Verschliessen der Beschickungsöffnung 5 bewirkt. Analog ist der Aufbau der Aschentür 14, die ebenfalls aus einer Aussentür 17 und einer daran befestigten Innentür 18 besteht. Das üblicherweise im oberen Teil der Rost öffnung 6 aufschwenkbar angeordnete Vorstellrost zum Zurückhalten der Glut beim \ffnen der Aschentür 14 ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet.
Die obere und untere Aussentür 15, 17 werden in hier nicht sichtbaren, rechts neben den Rahmen 11, 12 befindlichen, in der Vorderfront 4 fixierten und aus dieser hervorstehenden Scharnierzapfen drehbar gehaltert. Pro Aussentür 15, 17 sind zumindest zwei Scharnierzapfen zur schwenkbaren Aufhängung der Aussentüren vorgesehen. Links neben den Rahmen 11, 12 sind für die Beschickungs- und Aschentür 13, 14 je zwei weitere identische Scharnierzapfen 19 auf gleiche Art angeordnet. Diese Scharnierzapfen 19 dienen zum Arretieren der Türverschlüsse (siehe Beschreibung zu Fig. 3). Durch identische Ausbildung und symmetrische Anordnung aller Scharnierzapfen 19 kann die \ffnungsrichtung der Beschickungs- bzw. Aschentür 13, 14 umgekehrt werden.
Dann würden die linken Scharnierzapfen 19 zur schwenkbaren Aufhängung der Aussentüren 15, 17 dienen, während an den rechten Scharnierzapfen die Arretierung der Türverschlüsse erfolgen würde.
Die hier geöffnete Servicetür 20, an deren Innenseite der Elektronikblock 21 angeordnet ist, gibt den Blick auf den linken Teil der Vorderfront 4 frei. Zuoberst befindet sich der abnehmbare Verschlussdeckel 22, der die dahinter liegende Wärmetauscherkammer abdeckt. Darunter befindet sich die ebenfalls abnehmbare Abdeckplatte 23, hinter welcher die Wirbelkammer liegt. Auf der Abdeckplatte 23 sitzen der Primär- und der Sekundärluftschieber 24, 25, wobei der Primärluftschieber 24 über ein Gestänge 26 mit dem Stellmotor 27 verbunden ist, von welchem eine Steuerleitung 28 zum Elektronikblock 21 führt. Der Primärluftschieber 24 gibt je nach Einstellung den Primärlufteinlass 29 mehr oder weniger frei, während mittels des von Hand einstellbaren Sekun därluftschiebers 25 der Sekundärlufteinlass 30 je nach Bedarf prozentual geöffnet werden kann.
Durch den Verschlussdeckel 22 hindurch ragt in die Wärmetauscherkammer ein Flammtemperaturfühler 31 zur Erfassung der Flammtemperatur am Austritt der Wirbelkammer, der über eine Signalleitung 32 mit dem Elektronikblock 21 verbunden ist. Von der Vorderfront 4 ragt in den Zentralheizungskessel 1 des Weiteren ein Wassertemperaturfühler 33 hinein, um die Temperatur des im Kessel aufgeheizten Wassers zu erfassen, wobei vom Wassertemperaturfühler 33 ebenfalls eine Signalleitung 34 zum Elektronikblock 21 führt.
Nach den Fig. 2a bis 2e ist der Zentralheizungskessel 1 horizontal zweigeteilt, nämlich in den unten liegenden Feuerungsteil 35 und den darüber angeordneten Wasserführungsteil 36. Der Feuerungsteil 35 besteht aus der Bodenplatte 37 und der rückwärtigen Isolierwand sowie den beiden seitlichen Isolierwänden 38, 39. Die Isolierwände 38, 39 können am Übergang vom Feuerungsteil 35 in den Wasserführungsteil 36 geteilt sein oder sich einstückig über Feuerungs- und Wasserführungsteil 35, 36 erstrecken. Nach aussen hin sind die Isolierwände 38, 39 durch die Aussenverkleidung 3 abgedeckt. Die unten abschliessende Bodenplatte 37 ist ebenfalls gegen Wärmeverlust isoliert. Innerhalb des Feuerungsteils 35 ist horizontal der Rost 7 angeordnet, der auf einer Abstützung 40 aufliegt.
Umgeben ist der Rost 7 dreiseitig von senkrecht stehenden, U-förmig zusammengesetzten Schamotteplatten, die ebenfalls auf der Abstützung 40 aufliegen. Die hinten befindliche Rückenplatte 41 ist ohne jeden Durchbruch; die nahe der Isolierwand 39 stehende, seitliche Lufteintrittsplatte 42 weist zur Versorgung des Feuers mit Primärluft mehrere Durchgangsöffnungen 43 auf und die auch seitlich, etwa mittig im Kessel platzierte Übergangsplatte 44 besitzt einen schachtartigen Einbrennschlitz 45.
Die Abstützung 40 erlaubt die direkte Primärluftzufuhr zur Feuerstelle von unten her durch den Rost 7 und indirekt über die im sich zwischen der seitlichen Isolierwand 39 und der Lufteintrittsplatte 42 erstreckenden Abstützungsstreifen 46 vorgesehenen Peripherielöcher 47 und dann über die Durchgangsöffnungen 43 in der Lufteintrittsplatte 42. Der Rost 7 weist eine Vielzahl von in die Tiefe des Kessels 1 verlaufende Rostschlitze 48 auf. Nahe des Einbrennschlitzes 45 in der Übergangsplatte 44 besitzt der Rost eine undurchbrochene Vollmaterialzone 49; die auf die Vollmaterialzone 49 gerichteten Rostschlitze sind unterbrochen und haben somit die Gestalt von Kurzschlitzen 50, die an der Vorder- bzw. Hinterkante des Rostes 7 vorhanden sind.
Unterhalb des Rostes 7 und der Abstützung 40 befindet sich eine kastenförmige, nach vorn offene Aschkastenkammer 51, in die der Aschenkasten 9 geschoben wird. Die Aschkastenkammer 51 hat in ihrer vertikalen, rechten Kastenwand 52 Durchbrüche 53. Durch diese Durchbrüche strömt dem Rost 7 von unten her Primärluft zu, welche weiter durch die Rostschlitze 48 und die Kurzschlitze 50 auf die Feuerstelle, mit der Orientierungsrichtung auf den Einbrennschlitz 45, zuströmt. Das Format des Aschenkastens 9 lässt für diese Luftströmung ausreichend Raum. Den Peripherielöchern 47 und den Durchbrüchen 53 wird die über den Primärlufteinlass 29 einströmende Luft kanalisiert zugeführt.
Unmittelbar an der Übergangsplatte 44 liegt die Wirbelkammer 54 mit ihrer der Kesselmitte zugewandten Eintrittsseitenfläche 55 an. Die Wirbelkammer 54 ist die eigentliche Brennkammer; sie sitzt ebenfalls auf der Abstützung 40. Vorder- und Rückseite der Wirbelkammer 54 sind durch Deckel verschlossen und in ihre Oberseite 56 mündet ein Überleitungsrohr 57, welches von unten in die Wärmetauscherkammer führt. Unterhalb der Wirbelkammer 54 ist ein Sekundärluftschacht 58 vorgesehen. Die Sekundärluft strömt vom Sekundärlufteinlass 30 über den Sekundärluftschacht 58 in die Wirbelkammer 54.
In den Fig. 2b bis 2e ist das Wesentliche des Wasserführungsteils 36 dargestellt. Das Gehäuse des Kessels 1, gebildet durch die vom Feuerungsteil 35 herkommenden seitlichen Isolierwände 39 und die rückwärtige Isolierwand 38, setzt sich über das Wasserführungsteil 36 fort und umgibt dieses. Hauptsächlich ausgefüllt wird der Wasserführungsteil 36 von der Wasserkammer 59, ein im Prinzip kubisches Gefäss mit mehreren Doppelwänden. Die Wasserkammer 59 besteht im Einzelnen aus einer linken und einer rechten Seitenwand 60, 61, aus der Rückwand 62, der Mittelwand 63, der verkürzten Zentrumswand 64 sowie dem Deckensteg 65 und dem Bodensteg 66. Die rechte Seitenwand 61 umschliesst zusammen mit der Mittelwand 63 und einem Teil der Rückwand 62 den Füllraum 8, wobei die Mittelwand 63 sich nach unten verjüngt, sodass der Füllraum 8 nach unten hin breiter wird.
Durch diese Massnahme wird ein Verklemmen des in den Füllraum 8 eingebrachten Brennmaterials verhindert, insbesondere wenn der Brennmaterialhaufen beim sukzessiven Niederbrennen nach unten zusammensackt. Fluchtend zum Füllraum 8 ist im Deckensteg 65 eine Aussparung 67 als zusätzliche Beschickungs- bzw. Putzöffnung vorgesehen.
Der Bodensteg 66 verläuft nur zwischen der linken Seitenwand 60, der Mittelwand 63 und der Rückwand 62, sodass die Wasserkammer 59 im Bereich des Füllraumes 8 nach unten hin - in Richtung des Rostes 7 - offen ist. Die linke Seitenwand 60, die Mittelwand 63, Teile der Rückwand 62 und des Deckensteges 65 sowie der Bodensteg 66 umschliessen die nach vorn offene, ebenfalls kubische Wärmetauscherkammer 68. Senkrecht und mittig in der Wärmetauscherkammer 68, an die Rückwand 62 senkrecht ansetzend und den Deckensteg 65 mit dem Bodensteg 66 verbindend, ist die verkürzte Zentrumswand 64 angeordnet, die erst ca. bei einem Viertel der Tiefe der Wärmetauscherkammer 68 beginnt.
Vor der beginnenden Zentrumswand 64 und fluchtend zu dieser ist im Bodensteg 66 eine Einlassbohrung 69 vorgesehen, durch welche die aus dem Überleitungsrohr 57 der Wirbelkammer 54 strömenden Verbrennungsgase in die Wärmetauscherkammer 68 gelangen.
Der in den die Wärmetauscherkammer 68 nach vorn abdeckenden Verschlussdeckel 22 eingesetzte Flammtemperaturfühler 31 ragt mit seiner Fühlerspitze tangential in die Einlassbohrung 69, um an dieser Position die Temperatur der vorbeiströmenden Verbrennungsgase zu erfassen. Stirnseitig in die Wasserkammer 59, etwa im Übergang zwischen dem Deckensteg 65 und der Mittelwand 63, ist der Wassertemperaturfühler 33 in eine Gewindebohrung 70 eingesetzt.
Der Zentralheizungskessel 1 besitzt mehrere Zu- und Abflussanschlüsse, so den Füll-/Entleerungsanschluss 71 zum Auffüllen der Wasserkammer 59 und des daran angeschlossenen Heizungssystems bzw. zum Ablassen des Wassers. Dieser Füll-/Entleerungsanschluss 71 steht mit dem Expansionsgefäss (nicht dargestellt) in Verbindung. Der Heisswasseraustritt 72 führt das im Kessel erhitzte Wasser dem Heizungssystem (Radiatoren und gegebenenfalls Warmwasserspeicher) zu. Über einen Anschluss für den Heisswasserrücklauf 73 fliesst das von den Radiatoren kommende und dort abgekühlte Wasser in den Zentralheizungskessel 1 zurück, um darin wieder aufgeheizt zu werden.
An der Rückseite des Kessels ist ferner das Rauchabzugsrohr 74 angeschlossen, dem kanalisiert die durch die Wärmetauscherkammer 68 hindurchgeströmten Verbrennungsgase, die hier ihren wesentli chen Energieanteil abgegeben haben, zugeführt werden. Für den Rauchdurchtritt besitzt die Rückwand 62 im oberen Bereich der Wärmetauscherkammer 68 einen Rauchdurchlass 75, dem sich ein Rauchabzugsschacht 76 anschliesst. Im Rauchabzugsschacht 76 ist ein Ventilator 77 eingebaut, der von einem Elektromotor 78 angetrieben wird. Mit dem Ventilator 77 wird im Kessel 1 ein Sog erzeugt und je nach Ventilatorleistung eine unterschiedliche Luftmenge, d.h. Primär- und Sekundärluft im Verhältnis der Stellungen des Primär- bzw. Sekundärluftschiebers 24, 25 angesaugt.
Schliesslich besitzt der Zentralheizungskessel 1 zwei Überhitzungssicherungen; zum einen die Abkühlungseinspeisung 79 - bei Kesselüberhitzung erfolgt eine Temperatursenkung durch Einspeisung von kaltem Frischwasser - und zum anderen den Dampfauslass 80, der bei starker Überhitzung öffnet, wodurch Dampf abgelassen wird.
Anhand der Fig. 3 wird nun die besondere Konstruktion der Beschickungstür 13 beschrieben, wobei die Aschentür 14 im Prinzip identisch aufgebaut ist. Die Beschickungstür 13 besteht aus der Aussentür 15 sowie der Innentür 16, wobei Letztere die eigentliche Abdichtung zum Füllraum 8 hin bewirkt. Die hier nach rechts zu öffnende Beschickungstür ist als Ganzes an der Aussentür 15 mit zwei in der Vorderfront 4 des Kessels 1 fixierten, justierbaren Scharnierzapfen 19 schwenkbar gehaltert. An der Aussentürinnenseite 81 ist etwa mittig, vertikal übereinander je ein Haltezapfen 82 nahe der Ober- bzw. Unterkante feststehend angeordnet. Hinter der Aussentür 15, der Vorderfront 4 des Kessels 1 näher, beabstandet zur Aussentür ist die Innentür 16 vorgesehen. An der Innentüraussenseite 83 sind zu den Haltezapfen 82 auf diese gerichtete, komplementäre Ge genhalter 84 fest angebracht.
Die Gegenhalter 84 sind etwa auf der Mittellinie an der Innentüraussenseite 83 ebenfalls vertikal übereinander positioniert. Die Haltezapfen 82 und die Gegenhalter 84 greifen ineinander und sind mittels eines Bolzens 85, der die Drehachse 86 für diese Verbindung darstellt, gesichert. Es ist möglich, je einen Bolzen 85 - als Stift - pro Haltezapfen-Gegenhalter-Verbindung 82, 84 vorzusehen oder einen vertikalen Stangenabschnitt als gemeinsame Drehachse 86 einzusetzen. Ferner ist es möglich, die Innentür 16 drehbar um eine mittige Vertikalachse 86, beabstandet zur Aussentür, zu lagern, indem man anstelle mindestens zweier Haltezapfen 82 und der komplementären Gegenhalter 84, vertikal durchgängige Profilschienen verwendet, die ineinander greifen.
An der Innentüraussenseite 83 ist am Umfang der Innentür 16 ein Dichtungsrahmen 87 angebracht, der eine in Kesselrichtung offene Dichtungsfuge 88 zur Aufnahme der Umfangsdichtung 89 aufweist. Zum Verschliessen der Beschickungstür 13 weist diese einen an der Aussentür 15 befindlichen Verschlusshebel 90 auf, der in der geschlossenen Stellung die beiden linken Scharnierzapfen 19 hintergreift. Soll die Beschickungstür 13 nach links schwenkend zu öffnen sein, so wechseln die beidseits Letzterer vertikal übereinander stehenden Scharnierzapfen 19 ihre Funktion. Dann wären die rechten Scharnierzapfen 19 das zum Verschlusshebel 90 komplementäre Verschlussorgan und die linken Scharnierzapfen bildeten die drehbare Aufhängung für die Aussentür 15.
Angenommen, dass die Beschickungstür 13 offen steht und nun verschlossen wird, so geschieht Folgendes. Die Beschickungstür 13 wird um die Hauptdrehachse 91 in Verschlussrichtung geschwenkt, wobei die von der Aussentür 15 getragene Innentür 16 zwar senkrecht steht, aber sich innerhalb des möglichen Drehspiels et was verdreht haben kann. Ist die Beschickungstür 13 in die Verschlussposition geschwenkt, so drückt sich der Rahmen 11 auf seinem gesamten Umfang in den Dichtungsrahmen 87 und kommt auf der Umfangsdichtung 89 zum Anliegen. Somit richtet sich die Innentür 16 durch eine selbsttätige Drehung um die Drehachse 86 aus. In dieser Position kann der Verschlusshebel 90 betätigt werden, wodurch die Umfangsdichtung 89 noch kräftiger auf die Kante des Rahmens 11 gepresst wird und man einen ordnungsgemässen, dichten Türverschluss der grossflächigen Beschickungsöffnung 5 erhält.
Aus den Fig. 4a bis 4c werden Details der Wirbelkammer 54 sichtbar, die die Grundform eines Quaders hat, der den Grundkörper 92 darstellt. Durch den Grundkörper 92 verläuft eine axial durchgängige Längsbohrung 93. Am hinteren Ende der einstückigen Eintrittsseitenfläche 55 befindet sich eine fensterartige Ausnehmung 94, die sich partiell bis in die Unterseite 95 erstreckt, sodass beim Vorlegen der Übergangsplatte 44 Verbrennungsgase aus dem Füllraum 8 durch den Einbrennschlitz 45 der Übergangsplatte 44 von der Seite, tangential in die Wirbelkammer 54 einströmen, während von unten Sekundärluft aus dem Sekundärluftschacht 58 ebenfalls tangential in die Wirbelkammer gesaugt wird.
An der Oberseite 56 besitzt die Wirbelkammer 54 im vorderen Bereich eine Austrittsbohrung 96, in welche das Überleitungsrohr 57 eingepasst ist, das durch die Einlassbohrung 69 im Bodensteg 66 der Wasserkammer 59 reicht und in der Wärmetauscherkammer 68 mündet. Das Überleitungsrohr 57 ist im Bodensteg 66 von einer in die Einlassbohrung 69 eingelegten Stopfbuchsendichtung umgeben, um eine bestmögliche Abdichtung zu erzielen. Vorder- und Rückseite der Wirbelkammer 54 sind mit je einem Deckel 97 dicht verschlossen. Der schachtförmige, sich nach innen verengende Einbrennschlitz 45 in der Übergangsplatte 44, die an der Eintrittsseitenfläche 55 der Wirbelkammer 54 anliegt, entspricht in seiner Position der in der Wirbelkammer befindlichen Ausnehmung 94.
Mit Bezug auf die Fig. 5a und 5b folgt die Beschreibung des Aufbaus des in die Wärmetauscherkammer 68 einschiebbaren Lamellenpaketes 98. Dessen Zweck besteht darin zu verhindern, dass die heissen Verbrennungsgase auf kürzestem Wege dem Rauchabzug zuströmen, sondern möglichst lange in der Wärmetauscherkammer 68 verbleiben, um ein Maximum an Wandungsoberfläche der Wasserkammer 59 zu umströmen und dabei viel Energie abzugeben. Das Lamellenpaket 98 besteht aus mehreren parallel zueinander, beabstandet angeordneten, tafelförmigen Platten, die in ihrer Höhe gegenseitig versetzt sind. Das Lamellenpaket 98 hat eine solche Länge, dass es vollständig in die Wärmetauscherkammer 68 eingeschoben und der Verschlussdeckel 22 ordnungsgemäss eingesetzt werden kann.
Eine Frontplatte 99 nimmt vier, in ihren Eckbereichen fest angeordnete - z.B. durch Verschweissen - und senkrecht zur Frontplatte 99 sich erstreckende Streben 100 auf. Die Streben 100 verlaufen parallel bis zu der Endplatte 101. Die Endplatte ist quasi zweigeteilt, damit im Bereich der Zentrumswand 64 das Lamellenpaket 98 diese beidseitig umgibt, respektive die Zentrumswand 64 in das Lamellenpaket 98 einfahren kann. Die Endplatte 101 besteht aus zwei, in einer Ebene und beabstandet zueinander angeordneten Plattensegmenten 102. In jedem Plattensegment 102 endet somit oben und unten je eine senkrecht auftreffende Strebe 100. In der Kopfzone 103 des Lamellenpaketes 98 - die Zentrumswand 64 dringt soweit nicht vor - ist hinter der Front platte 99, auf Abstand zu dieser, eine ganze Folgeplatte 104 angeordnet, die jedoch im Verhältnis zur Frontplatte 99 etwas nach unten versetzt ist.
Alle weiter hinten liegenden Zwischenplatten 106, die sich schon in der Teilungszone 105 - in diese ragt die Zentrumswand 64 - befinden, werden wie die Rückenplatte 101 aus zwei Plattensegmenten 102 gebildet. Alternierend sind die Platten 99, 104, 106, 101 hintereinander nach oben und nach unten versetzt. Die vier Streben 100 durchdringen alle Platten 99, 104, 106, 101, wobei an den Durchdringungsstellen 107 eine feste Verbindung geschaffen wurde. Auf diese Weise entsteht das in sich stabile Lamellenpaket 98, das einstückig beim Komplettieren des Zentralheizungskessels 1 und bei Servicearbeiten gehandhabt wird. Befindet sich das Lamellenpaket 98 eingeschoben in der Wärmetauscherkammer 68, so mündet das Überleitungsrohr 57 der Wirbelkammer 54 zwischen der Frontplatte 99 und der Folgeplatte 104.
Für das Lamellenpaket 98 sind gewisse konstruktive Abwandlungen denkbar; so könnten die Streben 100 in der Anzahl und Anordnung etwas variieren. Die Anzahl der Platten insgesamt ist in Grenzen veränderbar und auch die Höhenversetzung zwischen den Platten lässt Modifikationen zu.
Zur Erläuterung der Regelung der Heizleistung des Kessels 1 werden die Fig. 6a und 6b herangezogen. Am Kessel 1 wird mit dem Flammtemperaturfühler 31 die Isttemperatur der Verbrennungsgase beim Eintritt in die Wärmetauscherkammer 68 gemessen. Über die Signalleitung 32 wird der Messwert für die momentane Flammtemperatur an einen im Elektronikblock 21 befindlichen Fuzzy-Logic-Regler 109 gegeben. Mit dem Wassertemperaturfühler 33 wird die Isttemperatur des in der Wasserkammer 59 befindlichen, im gesamten Heizungssystem als Vorlauf zirkulierenden Wassers gemessen. Der Messwert für die momentane Wassertemperatur wird über eine Signalleitung 34 an einen ebenfalls im Elektronikblock befindlichen Leistungsregler 108 gegeben.
Die Regelung erfolgt einerseits durch Beeinflussung der vom Ventilator 77 angesaugten Gesamtluftmenge, d.h. Primärluft über den Primärlufteinlass 29 und Sekundärluft über den Sekundärlufteinlass 30, und andererseits durch Veränderung des Primär-Sekundärluft-Verhältnisses über die Betätigung des Primärluftschiebers 24. Der Sekundärluftschieber 25 wird bei Kesselinbetriebnahme auf eine empirisch ermittelte Position von Hand eingestellt. Damit ist eine bestimmte Querschnittsgrösse am Sekundärlufteinlass 30 für den Lufteintritt offen. Im Leistungsregler 108 sind zwei Sollwertpunkte für die Wassertemperatur programmiert; bei ansteigender Wassertemperatur, z.B. 85 DEG C, und bei abfallender Temperatur, z.B. 65 DEG C.
Den beiden Sollwerttemperaturen von 85 DEG C und 65 DEG C des Wassers ist im Speicher des Fuzzy-Logic-Reglers 109 z.B. eine Flammsolltemperatur von z.B. 820 DEG C bzw. 650 DEG C zugeordnet, was im ersten Fall Nennlastbetrieb und im zweiten Fall Teillastbetrieb bedeutet. Der Leistungsregler 108 beaufschlagt den Fuzzy-Logic-Regler 109 mit diesen Sollwertvorgaben, die in ein logisch strukturiertes Regelungsprogramm eingearbeitet werden. Der Fuzzy-Logic-Regler 109 verarbeitet ferner die mit dem Flammtemperaturfühler 31 erfasste Abweichung vom Sollwert (AFT), die Änderungsgeschwindigkeit (DFT) der Flammtemperatur in einer Zeiteinheit und den gleitenden Mittelwert (SFT) der Flammtemperaturabweichung in einer Zeiteinheit.
In der Anheizphase beträgt die Wassertemperatur angenommene 30 DEG C. Somit geht in die Regelungsmatrix des Fuzzy-Logic-Reglers 109 ein Flammtemperatursollwert von 820 DEG C ein. Die momentane Flammtemperatur ist sehr niedrig. Nach der Befehlsverarbeitung wirkt der Regler 109 auf den Stellmotor 27 ein; dieser betätigt den Primärluftschieber 24, wodurch der Primärlufteinlass 29 eingestellt wird. Gleichzeitig wirkt der Regler 109 auf den Elektromotor 78 ein, welcher den Ventilator 77 mit höherer Drehzahl antreibt, der seinerseits Primärluft durch den Primärlufteinlass 29 und Sekundärluft durch den Sekundärlufteinlass 30 ansaugt. Der Kessel wird mit Nennlast angefahren.
Steigt die Wassertemperatur über 85 DEG C, löst dies im Leistungsregler 108 eine Leistungsreduktion aus, mit der Vorgabe eines reduzierten Flammtemperatursollwertes von 650 DEG C. Der Fuzzy-Logic-Regler 109 steuert nun den Kessel kontinuierlich auf die minimale Teillast zurück. Fällt die Wassertemperatur unter 65 DEG C wird wieder kontinuierlich auf Volllast hochgefahren.
The invention relates to a central heating boiler for solid fuel materials according to the preamble of independent claim 1.
Such combustion boilers are used, for example, in rural areas for heating and hot water preparation for several connected residential units or a farmstead. The heating power could be designed with 20 kW and log wood would be particularly suitable as fuel. The heat generated during the combustion of the developed gases is transferred to the water circulating in the heating circuit and carrying out the heat transport by means of a heat exchanger. The efficiency of the entire boiler depends on many factors. The combustion must be as complete as possible, i. H. the heating material used, even coarse logs up to 50 cm in length, must be converted as far as possible, and only a minimal proportion of carbon monoxide may remain in the exhaust gases.
A maximum proportion of the heat generated should be transferred to the circulating water cycle. Furthermore, optimal control of the combustion in accordance with the heat requirement is desirable. For an efficient boiler, the solid and rational production - the basis for this is laid in the structural design - and the user-friendliness also play a role.
Various efforts have been made in the past to approach the aforementioned requirements. From CH-PS 405 665 a central heating boiler for solid fuels is known, on which to simplify the fuel loading, especially when using coarse logs, there is a larger loading opening which is located on the top of the boiler and can be closed with a cover plate. In order to make better use of the energy generated during combustion, a large number of parallel and spaced-apart water chambers have been arranged above the boiler room and a lintel has been provided in the edge zone of the boiler to reduce the flow rate of the heating gases.
In CH-PS 593 451 a further improved management of the combustion gases within a boiler has been described. A partial constriction between the water chambers creates a greater resistance for the heating gases rising directly upwards, which increases the utilization of the heat of combustion and makes the heating surface load more uniform. The fuel is introduced primarily through a loading opening in the top of the boiler that can be closed with a cover plate. If this cover plate - the top of the boiler can be used as a cooking surface - is covered with dishes, fuel can be added via a front loading opening. The loading opening is sealed with a heated door and a milled seat in a front door.
A further developed central heating boiler is known from EP-PS 0 090 778. The boiler side walls and the boiler rear wall are formed by water chambers. Another water chamber, parallel to the lateral water chambers, separates the filling shaft from the heat exchanger shaft. All these water chambers extend from the top of the boiler to the level of the heating grate. A half-height, additional water chamber protrudes into the filling shaft and is spaced from the heat exchanger shaft, forming an intermediate shaft. To improve the boiler efficiency, a flue gas guide element in the form of a strip with a trapezoidal cross section was provided below the half-high water chamber, as a result of which the rising flue gases are conducted into the intermediate shaft.
The heat exchangers placed in the heat exchanger shaft increase the surface area exposed to the flue gases. With a built-in in front of the heat exchanger shaft and blocking the short path into the exhaust opening or the flue gas temperature is regulated to partially release the sealing cheek.
According to CH-PS 659 121, it is known to increase the efficiency of a boiler for solid fuels by designing the grate as an air feeder by providing a plurality of air outlet openings which are supplied with compressed air. The passage of the air outlet openings can be regulated with a slide and thus the boiler output can be adjusted. Finally, a control method and an associated arrangement for controlling the combustion air are proposed in CH-PS 673 699 in order to achieve the highest possible flame temperature and thus the greatest possible combustion. Conventional linear controllers are used for this.
The level of development achieved so far is unsatisfactory in many ways. The existing central heating boilers for solid fuels, especially logs, are in need of further improvement in terms of their efficiency and thus also in terms of their environmental compatibility. Ease of use cannot yet be rated as optimal; this concerns aspects such as accessibility of the boiler when loading and cleaning. In addition, the known boilers are quite complicated in their structure and therefore too complex to manufacture.
The object of the invention is therefore to propose a central heating boiler of the type described at the outset which, due to the novel basic structure, brings about substantial progress in terms of combustion and production technology. For example, the gas combustion in the boiler should be as complete as possible and the heat generated should be used to a large extent for the heating process. With perfected components and a suitable control device, it is important to optimize the operation of the boiler. The user-friendliness when loading the boiler, while it is running, as well as during cleaning and service work must be further improved. To simplify the use of language, only the term central heating boiler is used; the invention of course also relates to floor heating boilers and boilers with a stove portion.
The essence of the invention consists in a horizontal division of the boiler into a firing part and an overlying water-carrying part, the boiler each having a large-area, reliably closing loading or Ash door - designed as a double door - is operated. A special swirl combustion chamber - as a ceramic monoblock - in combination with a lamella package result in a forced flow of the gas flow within the boiler with high-grade combustion and heat transfer to the heat exchanger. The boiler is controlled by recording the flame and water supply temperature, which are processed in a fuzzy logic control device and influence the total air volume flowing through the boiler and the primary / secondary air ratio.
All electronics are space-saving and easily accessible on the inside of the service door.
The invention is defined in the characterizing part of independent claim 1; preferred exemplary embodiments result from the dependent patent claims.
The newly designed boiler is characterized by the following advantages. The consistent horizontal division of the boiler with the dividing line above the heating grate enables more efficient production thanks to the assembly structure and the more manageable assembly dimensions. The fact that the area of the embers is no longer surrounded by water-bearing parts results in less cooling of this zone and thus a more stable preservation of the embers. The large-scale loading and ash door with the outer cladding and the inner doors hinged to the center allow easy access to the filling or Ash room. Even with coarse, misshapen logs, the boiler can be conveniently loaded. The simple, inexpensive to manufacture door construction allows a tight seal despite the wide-open sealing surface.
Any undesired gas slip from the filling chamber side to the heat exchanger side is avoided by the swirl chamber, which is integral on the long side and a gland seal at the heat exchanger inlet, so that there is no negative influence on the exhaust gas values. Due to the package design of the turbulator fins, the entire set of fins can be inserted and removed from the heat exchanger zone quickly and easily. B. for cleaning work - possible. The previously complicated handling of a large number of individual turbulator plates is no longer necessary. Finally, the use of a fuzzy logic control enables the non-linear process of log firing to be achieved with relatively little effort in the empirical determination of the system characteristics to achieve an optimized combustion control.
The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show:
Fig. 1 general view of the central heating boiler;
Fig. 2a sectional view of the firing part;
Fig. 2b perspective view of the water-carrying part;
Fig. 2c sectional view of the water-carrying part;
Fig. 2d rear view of the boiler;
Fig. 2e sectional view in the area of the exhaust pipe;
Fig. 3 detailed view of the loading door;
Fig. 4a exploded view of the swirl chamber;
Fig. 4b multiple section through the vertebral chamber;
Fig. 4c vertical section through the swirl chamber;
Fig. 5a perspective view of the turbulator plate pack;
Fig. 5b side view of the turbulator plate pack;
Fig. 6a control scheme and
Fig. 6b Front view of primary and secondary air slides.
According to Fig. 1, the central heating boiler 1 consists of a housing which is largely surrounded by an outer cladding 2 and which rests on base feet 3. At the front 4, the boiler 1 has the large-area loading opening 5 and the grate opening 6 located underneath. The grate opening 6 gives access to the grate 7 and a section of the lower region of the filling space 8 located above it. The grate opening 6 will be used for heating up, for cleaning and for removing the ash which is collected in a removable ash box 9 placed under the grate 7. The main part of the fuel 10, for. B. rough wooden blocks.
The loading and grate opening 5, 6 are surrounded by frames 11, 12 projecting outwards from the front front 4, to which the loading door 13 or double door, which is designed as a double door, is closed when the openings are closed. Open ash door 14. The loading door 13 consists of an outer door 15 and the inner door 16 fastened to the latter, which lies tight against the frame 11 in the closed state and thus causes the loading opening 5 to be closed. The structure of the ash door 14, which also consists of an outer door 17 and an inner door 18 attached thereto, is analogous. The front grate, which is usually pivoted open in the upper part of the grate opening 6, for holding back the embers when the ash door 14 is opened, is not shown in order to simplify the illustration.
The upper and lower outer doors 15, 17 are rotatably supported in hinge pins, not visible here, located to the right of the frames 11, 12, fixed in the front front 4 and protruding therefrom. At least two hinge pins are provided per outer door 15, 17 for pivotably suspending the outer doors. To the left of the frames 11, 12, two more identical hinge pins 19 are arranged in the same way for the loading and ash door 13, 14. These hinge pins 19 are used to lock the door locks (see description for Fig. 3). Due to the identical design and symmetrical arrangement of all hinge pins 19, the opening direction of the loading or Ash door 13, 14 can be reversed.
Then the left hinge pins 19 would serve for the pivotable suspension of the outer doors 15, 17, while the door locks would be locked on the right hinge pins.
The service door 20 opened here, on the inside of which the electronics block 21 is arranged, provides a view of the left part of the front 4. At the top is the removable cover 22, which covers the heat exchanger chamber located behind it. Below this is the also removable cover plate 23, behind which the swirl chamber is located. The primary and secondary air slide 24, 25 are seated on the cover plate 23, the primary air slide 24 being connected via a linkage 26 to the servomotor 27, from which a control line 28 leads to the electronic block 21. The primary air slide 24 releases the primary air inlet 29 more or less, depending on the setting, while by means of the manually adjustable secondary air slide 25 the secondary air inlet 30 can be opened as a percentage as required.
A flame temperature sensor 31 for detecting the flame temperature at the outlet of the swirl chamber projects through the sealing cover 22 and is connected to the electronics block 21 via a signal line 32. A water temperature sensor 33 also projects from the front front 4 into the central heating boiler 1 in order to detect the temperature of the water heated in the boiler, a signal line 34 also leading from the water temperature sensor 33 to the electronics block 21.
According to the Fig. 2a to 2e, the central heating boiler 1 is divided horizontally in two, namely into the firing part 35 below and the water guiding part 36 arranged above it. The firing part 35 consists of the base plate 37 and the rear insulation wall and the two side insulation walls 38, 39. The insulating walls 38, 39 can be divided at the transition from the firing part 35 into the water guiding part 36 or can extend in one piece over the firing and water guiding part 35, 36. To the outside, the insulating walls 38, 39 are covered by the outer cladding 3. The bottom plate 37 closing below is also insulated against heat loss. The grate 7, which rests on a support 40, is arranged horizontally within the firing part 35.
The grate 7 is surrounded on three sides by vertically standing, U-shaped chamotte plates, which also rest on the support 40. The back plate 41 located at the rear is without any breakthrough; the side air inlet plate 42 near the insulating wall 39 has a plurality of through openings 43 for supplying the fire with primary air, and the transition plate 44, which is also placed laterally, approximately centrally in the boiler, has a shaft-like burn-in slot 45.
The support 40 permits direct primary air supply to the fireplace from below through the grate 7 and indirectly via the peripheral holes 47 provided in the support strips 46 extending between the lateral insulating wall 39 and the air inlet plate 42 and then via the through openings 43 in the air inlet plate 42. The grate 7 has a plurality of grate slots 48 which run into the depth of the boiler 1. Near the burn-in slot 45 in the transition plate 44, the grate has an unbroken solid material zone 49; the rust slots directed towards the solid material zone 49 are interrupted and thus have the shape of short slots 50 which are located on the front or Trailing edge of the grate 7 are present.
Below the grate 7 and the support 40 there is a box-shaped ash box chamber 51 which is open to the front and into which the ash box 9 is pushed. The ash box chamber 51 has openings 53 in its vertical, right box wall 52. Through these breakthroughs, primary air flows from below into the grate 7, which continues to flow through the grate slots 48 and the short slots 50 onto the fireplace, with the orientation direction onto the burn-in slot 45. The format of the ashtray 9 leaves enough space for this air flow. The air flowing in via the primary air inlet 29 is channeled to the peripheral holes 47 and the openings 53.
Immediately against the transition plate 44, the swirl chamber 54 lies with its inlet side surface 55 facing the center of the boiler. The swirl chamber 54 is the actual combustion chamber; it also sits on the support 40. The front and rear of the swirl chamber 54 are closed by covers and a transfer pipe 57 opens into the top 56 thereof, which leads from below into the heat exchanger chamber. A secondary air shaft 58 is provided below the swirl chamber 54. The secondary air flows from the secondary air inlet 30 via the secondary air shaft 58 into the swirl chamber 54.
In the Fig. 2b to 2e show the essentials of the water guiding part 36. The housing of the boiler 1, formed by the side insulating walls 39 coming from the firing part 35 and the rear insulating wall 38, continues over the water guiding part 36 and surrounds it. The water guiding part 36 is mainly filled by the water chamber 59, a basically cubic vessel with several double walls. The water chamber 59 consists in particular of a left and a right side wall 60, 61, of the rear wall 62, the middle wall 63, the shortened center wall 64 and the top web 65 and the bottom web 66. The right side wall 61, together with the middle wall 63 and part of the rear wall 62, surrounds the filling space 8, the middle wall 63 tapering downwards, so that the filling space 8 widens downwards.
This measure prevents jamming of the fuel material introduced into the filling chamber 8, in particular if the pile of fuel material collapses downwards during the successive burning down. Aligned with the filling space 8 there is a recess 67 in the ceiling web 65 as an additional loading or Cleaning opening provided.
The bottom web 66 runs only between the left side wall 60, the middle wall 63 and the rear wall 62, so that the water chamber 59 in the area of the filling space 8 is open downwards - in the direction of the grate 7. The left side wall 60, the middle wall 63, parts of the rear wall 62 and the top web 65 and the bottom web 66 enclose the likewise cubic heat exchanger chamber 68. The shortened center wall 64 is arranged vertically and centrally in the heat exchanger chamber 68, is vertically attached to the rear wall 62 and connects the ceiling web 65 to the floor web 66. begins at a quarter of the depth of the heat exchange chamber 68.
In front of the beginning center wall 64 and flush with it, an inlet bore 69 is provided in the bottom web 66, through which the combustion gases flowing from the transfer pipe 57 of the swirl chamber 54 enter the heat exchanger chamber 68.
The flame temperature sensor 31 inserted into the cover 22, which covers the heat exchanger chamber 68 to the front, projects tangentially into the inlet bore 69 with its sensor tip in order to detect the temperature of the combustion gases flowing past at this position. The water temperature sensor 33 is inserted into a threaded bore 70 at the end of the water chamber 59, for example in the transition between the ceiling web 65 and the middle wall 63.
The central heating boiler 1 has a plurality of inflow and outflow connections, such as the fill / drain connection 71 for filling the water chamber 59 and the heating system connected thereto or to drain the water. This fill / drain connection 71 is connected to the expansion vessel (not shown). The hot water outlet 72 feeds the water heated in the boiler to the heating system (radiators and, if applicable, hot water storage). Via a connection for the hot water return 73, the water coming from the radiators and cooled there flows back into the central heating boiler 1 in order to be heated up there again.
At the rear of the boiler, the smoke exhaust pipe 74 is also connected, which channels the combustion gases flowing through the heat exchanger chamber 68, which have emitted their essential energy portion here. For the passage of smoke, the rear wall 62 has a smoke passage 75 in the upper region of the heat exchanger chamber 68, which is followed by a smoke extraction duct 76. A fan 77 is installed in the smoke exhaust duct 76 and is driven by an electric motor 78. With the fan 77, a suction is generated in the boiler 1 and, depending on the fan output, a different amount of air, i. H. Primary and secondary air in the ratio of the positions of the primary or Secondary air slide 24, 25 sucked.
Finally, the central heating boiler 1 has two overheating protection devices; on the one hand, the cooling feed 79 - in the case of overheating of the boiler, the temperature is reduced by feeding in cold fresh water - and, on the other hand, the steam outlet 80, which opens when there is excessive overheating, as a result of which steam is released.
Using the Fig. 3, the special construction of the loading door 13 will now be described, the ash door 14 being constructed identically in principle. The loading door 13 consists of the outer door 15 and the inner door 16, the latter causing the actual sealing to the filling chamber 8. The loading door, which can be opened here to the right, is pivotally supported as a whole on the outer door 15 with two adjustable hinge pins 19 fixed in the front 4 of the boiler 1. On the inside of the outer door 81 there is a holding pin 82 approximately in the middle, vertically one above the other, near the top or Bottom edge fixed. The inner door 16 is provided behind the outer door 15, closer to the front 4 of the boiler 1, at a distance from the outer door. On the inside of the outer door 83 are fixed to the holding pin 82 directed to this complementary Ge counter holder 84.
The counterholders 84 are also positioned vertically one above the other, approximately on the center line on the inside of the outer door 83. The holding pins 82 and the counterhold 84 engage in one another and are secured by means of a bolt 85, which represents the axis of rotation 86 for this connection. It is possible to provide one pin 85 - as a pin - per holding pin-counter-holder connection 82, 84 or to use a vertical rod section as a common axis of rotation 86. Furthermore, it is possible to mount the inner door 16 rotatably about a central vertical axis 86, spaced from the outer door, by using, instead of at least two holding pins 82 and the complementary counterholders 84, vertically continuous profile rails which engage in one another.
On the inside of the outer door 83, a sealing frame 87 is attached to the periphery of the inner door 16, which has a sealing joint 88 open in the direction of the boiler for receiving the peripheral seal 89. To close the loading door 13, it has a locking lever 90 located on the outer door 15, which engages behind the two left hinge pins 19 in the closed position. If the loading door 13 is to be opened pivoting to the left, the hinge pins 19 standing vertically one above the other on both sides change their function. Then the right hinge pin 19 would be the locking element complementary to the locking lever 90 and the left hinge pin would form the rotatable suspension for the outer door 15.
Assuming that the loading door 13 is open and is now closed, the following occurs. The loading door 13 is pivoted about the main axis of rotation 91 in the closing direction, wherein the inner door 16 carried by the outer door 15 is vertical, but may have twisted within the possible rotational play. If the loading door 13 is pivoted into the closed position, the frame 11 presses over its entire circumference into the sealing frame 87 and comes to rest on the circumferential seal 89. The inner door 16 is thus aligned by an automatic rotation about the axis of rotation 86. In this position, the locking lever 90 can be actuated, as a result of which the peripheral seal 89 is pressed even more strongly onto the edge of the frame 11 and a correct, tight door lock of the large-area loading opening 5 is obtained.
From the Fig. 4a to 4c show details of the swirl chamber 54, which has the basic shape of a cuboid, which represents the basic body 92. An axially continuous longitudinal bore 93 runs through the base body 92. At the rear end of the one-piece entry side surface 55 there is a window-like recess 94 which partially extends into the underside 95, so that when the transition plate 44 is placed, combustion gases from the filling space 8 through the burn-in slot 45 of the transition plate 44 from the side, tangentially into the swirl chamber 54 flow in, while secondary air is also drawn in tangentially from below into the swirl chamber from the secondary air shaft 58.
At the top 56, the swirl chamber 54 has an outlet bore 96 in the front area, into which the transfer tube 57 is fitted, which extends through the inlet bore 69 in the bottom web 66 of the water chamber 59 and opens into the heat exchanger chamber 68. The transfer pipe 57 is surrounded in the bottom web 66 by a stuffing box seal inserted into the inlet bore 69 in order to achieve the best possible seal. The front and rear of the swirl chamber 54 are each sealed with a cover 97. The position of the shaft-shaped, narrowing burn-in slot 45 in the transition plate 44, which abuts the entry side surface 55 of the swirl chamber 54, corresponds in its position to the recess 94 in the swirl chamber.
With reference to the Fig. 5a and 5b are followed by the description of the structure of the plate pack 98 which can be inserted into the heat exchanger chamber 68. Its purpose is to prevent the hot combustion gases from flowing to the smoke outlet in the shortest possible way, but to remain in the heat exchanger chamber 68 as long as possible in order to flow around a maximum of the wall surface of the water chamber 59 and thereby release a lot of energy. The plate pack 98 consists of a plurality of tabular plates arranged parallel to one another and spaced apart, the height of which is mutually offset. The plate pack 98 has a length such that it can be pushed completely into the heat exchanger chamber 68 and the closure cover 22 can be inserted properly.
A front plate 99 takes four, fixedly arranged in its corner areas - z. B. by welding - and struts 100 extending perpendicular to the front plate 99. The struts 100 run parallel to the end plate 101. The end plate is quasi divided into two, so that in the area of the center wall 64, the disk pack 98 surrounds it on both sides, or the center wall 64 can move into the disk pack 98. The end plate 101 consists of two plate segments 102 arranged in one plane and spaced apart from one another. A vertically incident strut 100 thus ends in each plate segment 102 at the top and bottom. In the head zone 103 of the disk pack 98 - the center wall 64 does not penetrate as far - is a plate 99 behind the front plate, at a distance from this, a whole follower plate 104 is arranged, which is, however, slightly offset in relation to the front plate 99.
All intermediate plates 106 located further back, which are already in the division zone 105 - into which the central wall 64 projects - are formed like the back plate 101 from two plate segments 102. The plates 99, 104, 106, 101 are alternately offset upwards and downwards. The four struts 100 penetrate all the plates 99, 104, 106, 101, a fixed connection being created at the penetration points 107. In this way, the inherently stable plate pack 98 is produced, which is handled in one piece when completing the central heating boiler 1 and during service work. If the plate pack 98 is inserted in the heat exchanger chamber 68, the transfer pipe 57 of the swirl chamber 54 opens between the front plate 99 and the follower plate 104.
Certain structural modifications are conceivable for the plate pack 98; the struts 100 could vary somewhat in number and arrangement. The total number of plates can be changed within limits and the height offset between the plates also allows modifications.
To explain the control of the heating power of the boiler 1, Fig. 6a and 6b used. The actual temperature of the combustion gases upon entry into the heat exchanger chamber 68 is measured on the boiler 1 using the flame temperature sensor 31. Via the signal line 32, the measured value for the instantaneous flame temperature is given to a fuzzy logic controller 109 located in the electronics block 21. With the water temperature sensor 33, the actual temperature of the water in the water chamber 59 and circulating throughout the heating system as a flow is measured. The measured value for the current water temperature is passed via a signal line 34 to a power controller 108 which is also located in the electronics block.
The regulation takes place on the one hand by influencing the total air quantity sucked in by the fan 77, i. H. Primary air via the primary air inlet 29 and secondary air via the secondary air inlet 30, and on the other hand by changing the primary-secondary air ratio via the actuation of the primary air slide 24. The secondary air slide valve 25 is set to an empirically determined position by hand when the boiler is started up. A certain cross-sectional size at the secondary air inlet 30 is thus open for the air inlet. Two setpoint points for the water temperature are programmed in the power controller 108; with increasing water temperature, e.g. B. 85 ° C, and at a falling temperature, e.g. B. 65 DEG C.
The two setpoint temperatures of 85 ° C and 65 ° C of the water in the memory of the fuzzy logic controller 109 z. B. a target flame temperature of e.g. B. 820 DEG C or 650 DEG C assigned, which means nominal load operation in the first case and partial load operation in the second case. The power controller 108 acts on the fuzzy logic controller 109 with these setpoint values, which are incorporated into a logically structured control program. The fuzzy logic controller 109 also processes the deviation from the target value (AFT) detected by the flame temperature sensor 31, the rate of change (DFT) of the flame temperature in one time unit and the moving average (SFT) of the flame temperature deviation in one time unit.
In the heating phase, the water temperature is assumed to be 30 ° C. A flame temperature setpoint of 820 ° C. thus enters the control matrix of the fuzzy logic controller 109. The current flame temperature is very low. After the command processing, the controller 109 acts on the servomotor 27; this actuates the primary air slide 24, whereby the primary air inlet 29 is set. At the same time, the controller 109 acts on the electric motor 78, which drives the fan 77 at a higher speed, which in turn draws in primary air through the primary air inlet 29 and secondary air through the secondary air inlet 30. The boiler is started up with nominal load.
If the water temperature rises above 85 ° C, this triggers a power reduction in the power controller 108, with the specification of a reduced flame temperature setpoint of 650 ° C. The fuzzy logic controller 109 now continuously controls the boiler back to the minimum partial load. If the water temperature falls below 65 ° C, it is continuously ramped up to full load.