CH694380A5

CH694380A5 - Ofen für feste Brennstoffe.

Info

Publication number: CH694380A5
Application number: CH00119/00A
Authority: CH
Inventors: Josef Tschirky
Original assignee: Spiess Ag Heizsysteme & Ofente
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2004-12-15
Also published as: ATE380980T1; EP1118816A3; EP1118816B1; DE50113357D1; EP1118816A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen für feste Brennstoffe nach dem Oberbegriff des Patent-anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 9.

öfen zur Erzeugung nutzbarer Wärme, insbesondere im Wohnbereich, durch Verbrennung fester Brennstoffe, insbesondere Holz, müssen bestimmten gesetzlichen Anforderungen bezüglich der Zusammensetzung der Abgase genügen, die oft nicht ohne weiteres erfüllt werden können. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ofen anzugeben, der nicht nur die notwendigen Forderungen erfüllt, sondern auch einen besseren Verbrennungswirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Ofen mit den im Patentanspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen verschiedener Varianten eines Ofens, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennungseigenschaften eines solchen Ofens, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Steueranordnung für einen solchen Ofen, und Fig. 6 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer solchen Regelung.

Der in Fig. 1 gezeigte Ofen 1 umfasst einen Ofenkörper 2 mit einer eine innere Brennkammer abschliessenden Tür 3 und eine Einrichtung 4 mit einer so genannten Drossel 5. Die Einrichtung 4 ist an ein Kaminrohr 6 angeschlossen, und der Ofenkörper 2 und die Einrichtung 4 sind durch ein Verbindungsrohr 7 für Abgase miteinander verbunden.

Der in Fig. 2 dargestellte Ofen 11 umfasst einen Ofenkörper 12 mit einer eine innere Brennkammer abschliessenden Tür 13 und eine Einrichtung 14 mit einer Drossel 15. Die Einrichtung 14 ist an ein Kaminrohr 16 angeschlossen, und der Ofenkörper 12 und die Einrichtung 14 sind durch Verbindungsrohre 17 und 17' für Abgase mit einem so genannten Wärmekasten 18 verbunden.

Der in Fig. 3 gezeigte Ofen 21 umfasst einen Ofenkörper 22 mit einer eine innere Brennkammer abschliessenden Tür 23 und eine Einrichtung 24 mit einer Drossel 25. Die Einrichtung 24 ist an ein Kaminrohr 26 angeschlossen, und der Ofenkörper 22 und die Einrichtung 24 sind durch Verbindungsrohre 27 und 27' für Abgase mit einem so genannten Wärmekasten 28 verbunden.

Die Ofenkörper 2, 12, 22 in den Fig. 1 bis 3 können an sich bekannter Bauweise sein und beliebige weitere in den Figuren nicht dargestellte Elemente aufweisen. Die Wärmekasten 18 und 28 (Fig. 2, 3) können beispielsweise ein Gas-Sturzzug-Kasten oder ein Wärmetauscher gegebenenfalls für Wasser oder andere Zwecke sein. Die Drossel der Einrichtungen 4, 14 und/oder 24 weist ein Ventilorgan, beispielsweise eine kippbare Klappe oder eine Schiebeplatte usw. auf.

Die Einrichtung 40 nach Fig. 4 umfasst eine Drossel 41 mit einem Ventilorgan, beispielsweise einer Klappe 42, einen Motor oder Antrieb 43, eine so genannte Lambda-Sonde 44, eine Temperatursonde 45 und eine Drucksonde 46. Abweichend von der Darstellung in Fig. 4 kann der Antrieb 43 beispielsweise auch koaxial zur Klappe 42 angeordnet sein. Die Elemente 44, 45 und 46, die an sich bekannte Sonden sind, befinden sich vorzugsweise direkt unterhalb der Drossel 41 und sind vorgesehen, um Lambda-Werte, Temperatur und Druck im Rohr 47 zu messen. Lamba-Sonden sind Messfühler, die den Sauerstoffgehalt im Abgas mit einem Referenzwert, beispielsweise mit dem Sauerstoffgehalt in der Aussenluft, vergleichen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann der Antrieb 43 ein Schrittmotor, ein Linearmotor, ein Stellmotor, ein Stellglied, ein Servomechanismus usw. sein.

Der Antrieb 43 und die Sonden 44, 45 und 46 sind an eine Steueranordnung 50 (Fig. 5) angeschlossen. Der Ofen nach der Erfindung kann grundsätzlich auch mit nur einer der Sonden 44 und/oder 45 und/oder 46 arbeiten.

Die Steueranordnung 50 nach Fig. 5 umfasst eine Verstärkerschaltung 51, einen Linearisierer 52 und eine Regelschaltung 53, die vorzugsweise eine handelsübliche programmierbare, mit einem Display 54 versehene Regeleinheit, beispielsweise vom Typ SPS, ist. Der Linearisierer 52 kann auch entfallen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst mindestens die für den Zweck der vorliegenden Erfindung vorgesehene Regelschaltung 53.

Die erfindungsgemässen öfen mit der Vorrichtung nach Fig. 4 arbeiten folgendermassen: Eine der Sonden 44, 45 und/oder 46, die sich in den Einrichtungen 4, 14 bzw. 24 befinden, misst einen entsprechenden Parameter. Falls vorzugsweise mithilfe einer handelsüblichen Lambda-Sonde ein Lambda-Wert gemessen wird, liefert sie eine Spannung, beispielsweise im Bereich von -10 bis 30 mV, die der Verstärker 51 vorzugsweise in einem Bereich von 0 bis 10 Volt verstärkt. Gegebenenfalls kann ein interessierender Bereich der entsprechenden Funktion durch den Linearisierer 52 linearisiert werden. Die Regelschaltung 53 erhält ständig den auf diese Weise gewonnenen momentanen Spannungswert lambda (t) und vergleicht ihn mit einem oberen Grenzwert Lo.

Solange lambda (t) > Lo ist, liefert die Regelschaltung 53 ein Triggersignal Sgo (Fig. 6) an den Motor 43, derart, dass er die Klappe 42 schrittweise oder kontinuierlich schliesst, zum Beispiel um einen Winkel DELTA ? pro Sekunde. Dadurch ändern sich die Verbrennungsbedingungen derart, dass der von der Lambda-Sonde gemessene momentane Lambda-Wert kleiner wird. Wenn der Spannungswert lambda (t) einen unteren Grenzwert Lu unterschreitet, liefert die Regelschaltung 53 ein Triggersignal Sgu an den Motor 43 derart, dass er die Klappe schrittweise oder kontinuierlich öffnet. Dadurch wird der momentane Lambda-Wert ständig innerhalb der zwei Schwellenwerte Lo und Lu liegen. Die Werte für Lo und Lu können experimentell für jeden Ofentyp bestimmt werden.

Durch die Erfindung wurde die Erkenntnis gewonnen, dass der obere Grenzwert Lo zwischen lambda = 1,5 und lambda = 2,6 und der untere Grenzwert zwischen lambda = 1,4 und lambda = 2,1 sein kann, um eine gute Regelung zu erreichen. Vorzugsweise werden jedoch die Werte Lo = 1,82 und Lu = 1,78 gewählt. Die Signale Sgo und Sgu können gleich oder ähnlich sein, wobei ein anderes Signal Sd und/oder Sd' als Kriterium für die Bewegungsrichtung des Antriebs 43 vorgesehen sein kann. Die Regelschaltung 53 kann ein weiteres Triggersignal Sgm liefern, wenn der momentane Lambda-Wert lambda (t) einen mittleren Grenzwert Lm unterschreitet oder überschreitet, derart, dass dann der Motor 43 stoppt, und die Klappe 42 in der erreichten Position verbleibt.

Die Triggersignale Sgo und Sgu können Folgen von Impulsen der Dauer Ti gefolgt von Pausen der Dauer Tp sein. Gute Ergebnisse wurden bei Werten 0,3 s < Ti < 3 s und 1s < Tp < 15 s erreicht. Vorzugsweise werden jedoch Werte in der Grössenordnung von Ti = 1s und Tp = 4s verwendet, falls die Klappe mit einer Winkelgeschwindigkeit von etwa 0,3 bis 3 Grad pro Sekunde, vorzugsweise 1 Grad/s bewegt wird.

Das von der Temperatursonde 45 gelieferte Signal soll als Einschaltkriterium für die Regelschaltung 53 dienen, um besonders am Anfang, wenn der Ofen kalt ist, die Lambda-Regelung nicht sofort einzuschalten, solange die Temperatur einen oberen Grenzwert To beispielsweise zwischen 100 DEG und 300 DEG , vorzugsweise zwischen 110 DEG und 130 DEG , nicht erreicht hat. Es ist auch ein unterer Temperaturgrenzwert Tu, beispielsweise in der Grössenordnung von 100 DEG , vorgesehen, um die Lambda-Regelung auszuschalten.

Die Tür 3 ist derart ausgestaltet, dass wenn sie offen ist, ein Türschalter aktiv wird, der die Klappe 42 aufmacht, wobei gleichzeitig eine Lampe 55 blinken kann und/oder ein akustischer Alarm für eine vorbestimmte Zeit betätigt wird und/oder im Display eine entsprechende Anzeige erscheint. Auch die Lambda-Werte und die Temperatur und/oder der Druck können im Display angezeigt werden. Ein erneutes Zuschliessen der Tür 3 bewirkt ein sofortiges oder gegebenenfalls ein verzögertes Einschalten der Regelung. Wird nach einer Zeit De, beispielsweise nach 20 Minuten, der Temperaturgrenzwert To nicht erreicht, so wird dies ebenfalls als ein spezieller Alarm ausgewertet, und zwar ebenfalls optisch und/oder akustisch und/oder im Display. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich einen Umschalter 56 auf manuellen Betrieb oder automatischen Betrieb.

Bei den öfen nach der vorliegenden Erfindung können ohne weiteres nicht nur sehr gute Abgaswerte, insbesondere bezüglich CO, sondern auch Verbesserungen des Wirkungsgrades von etwa 10% erreicht werden, und zwar auch bei Naturzug, das heisst ohne Ventilator.

Claims

1. Ofen für feste Brennstoffe, mit einem Ofenkörper (2), der eine innere Brennkammer umfasst, und mit einer Einrichtung (40), in der eine Drossel (41) mit einem Ventilorgan (42) für die Abgase untergebracht ist, wobei die Einrichtung (40) nebst einem Antrieb (43) für die Drossel eine Lambda-Sonde (44) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung mit einer Regelschaltung (53) zur Regelung der Drossel (41) nach Massgabe eines von dieser Lambda-Sonde (44) gelieferten Signals vorhanden ist, um einen momentanen Lambda-Wert zwischen zwei vorgegebenen Lambda-Grenzwerten zu regeln, und wobei für diese Lambda-Werte ein oberer Grenzwert Lo zwischen lambda = 1,5 und lambda = 2,6 und ein unterer Grenzwert Lu zwischen lambda = 1,4 und lambda = 2,1 gewählt werden.

2.

Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Grenzwerte Lo und Lu die Werte Lo = 1,82 und Lu = 1,78 gewählt werden.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (53) ausgestaltet oder programmiert ist, um bei mindestens einem durch eine Temperatursonde (45) gewonnenen oberen Temperaturgrenzwert die Regelschaltung aus- oder einzuschalten, wobei dieser Temperaturgrenzwert im Bereich zwischen 100 DEG und 300 DEG liegt.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Temperaturgrenzwert im Bereich zwischen 110 DEG und 130 DEG liegt.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen ein Holzofen für den Wohnbereich ist.

6.

Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lambda-Sonde oder andere Sonden unmittelbar unter dem Ventilorgan (42) der Drossel befinden.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (53) ausgestaltet oder programmiert ist, um, falls eine Tür (3; 13; 23) der Brennkammer offen ist, einen Schalter zu aktivieren, der das Ventilorgan (42) der Drossel (41) aufmacht, und um die Regelschaltung (53) zur Regelung der Drossel (41) zu reaktivieren, falls diese Tür wieder geschlossen wird.

8.

Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung ein Triggersignal liefert, wenn der momentane Lambda-Wert lambda ,(t) einen mittleren Grenzwert Lm unterschreitet oder überschreitet, derart, dass dann der Antrieb (43) stoppt und das Ventilorgan (42) in der erreichten Position verbleibt.

9.

Vorrichtung für einen Ofen für feste Brennstoffe mit einem Ofenkörper (2), der eine innere Brennkammer umfasst, und mit einer Einrichtung (40), in der eine Drossel (41) mit einem Ventilorgan (42) für die Abgase untergebracht ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sie eine Regelschaltung (53) umfasst, die einen durch eine Lambda-Sonde (44) gewonnenen momentanen Spannungswert überwacht, um beim überschreiten eines oberen Grenzwertes Signale (Sgo, Sd') an einen Antrieb (43) der Einrichtung (40) zu liefern, derart, dass das Ventilorgan (42) schrittweise und/oder kontinuierlich geschlossen wird, und dass, falls der Spannungswert einen unteren Grenzwert unterschreitet, die Regel schaltung (53) Signale (Sgu; Sd') an den Antrieb (43) liefert, derart, dass das Ventilorgan (42) schrittweise und/oder kontinuierlich geöffnet wird.

10.

Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Signale (Sgo, Sd; Sgu, Sd') eine Folge von Impulsen der Dauer Ti gefolgt von Pausen der Dauer Tp umfassen, für die 0,3 s < Ti < 3 s und 1s<Tp<15s gilt.