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Die Erfindung betrifft einen Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung, umfassend einen Gas-Wasser-Wärmetauscher, einen Anschlussstutzen zum Anschließen des Wärmetauschers an einen Heizkesselabgasausgang und einen Abgasstutzen zum Anschließen des Wärmetauschers an eine Abgasleitung.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Druckschaltvorrichtung für einen Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung sowie ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung mit den Schritten: Anschließen eines Gas-Wasser-Wärmetauschers über einen Anschlussstutzen an einen Heizkesselabgasausgang, Anschließen des Wärmetauschers über einen Abgasstutzen an eine Abgasleitung.
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Nachrüstbausätze der eingangs genannten Art dienen dazu, die Energieeffizienz von Heizkesseln insbesondere vor dem Hintergrund gestiegener Rohstoffpreise zu steigern.
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Ein Nachrüstbausatz der eingangs genannten Art weist einen Wärmetauscher auf, der einem Heizkessel nachgeschaltet ist, und daher auch als Nachschaltwärmetauscher bezeichnet werden kann. Dieser Wärmetauscher dient zum Herunterkühlen und gegebenenfalls Kondensieren von Abgasen eines Brenners eines Heizkessels unter Erwärmen einer Flüssigkeit. Durch Nutzung der so entstehenden Kondensationswärme tritt eine signifikante Verbesserung des verbrennungstechnischen Wirkungsgrads des Heizkessels ein.
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Beim Nachrüsten von Heizkesseln zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung mit Nachschaltwärmetauschern werden bereits installierte und meist auch bereits in Betrieb befindliche Heizkessel nachträglich mit einem Nachschaltwärmetauscher zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Heizkessels versehen. Nachrüstbausätze kommen für verschiedene Heizkesselbauweisen zum Einsatz, insbesondere für Heizkessel, die nur zur Erwärmung von Heizwasser, die nur zur Erwärmung von Brauchwasser oder die zur Erwärmung von sowohl Heiz- als auch Brauchwasser ausgebildet sind. Im Folgenden wird unter einem Heizkessel zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung ein Heizkessel verstanden, der für eine dieser drei Nutzungsarten geeignet ist.
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Ein Heizkessel umfasst üblicherweise einen Brenner, der mit einer Heizkessel- bzw. Brennersteuerung verbunden ist, und einen innerhalb des Heizkessels angeordneten Wärmetauscher, um durch den Brenner erzeugte Wärme auf eine Flüssigkeit zu übertragen.
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Eine Kombination aus einem Heizkessel mit Brenner und Heizkessel- bzw. Brennersteuerung, einem Wärmetauscher zur Übertragung der durch den Brenner erzeugten Wärmeaufheiz- und/oder Brauchwasser mit entsprechenden Anschlüssen an einen Heiz- bzw. Brauchwasserkreislauf, stellt ein Heiz- bzw. Brauchwassersystem dar, welches auf Verbrennungsparameter, Abgasvorschriften und den Heizbedarf eines Gebäudes abgestimmt ist.
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Ein Nachschaltwärmetauscher ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 044 201 A1 bekannt. Dort ist ein Nachschaltwärmetauscher für einen Heizkessel zum Kühlen und Kondensieren von Abgasen eines Brenners des Heizkessels mit einer Vielzahl von Glasrohren und zwei aus Kunststoff gebildeten Rohrböden mit einer Vielzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Rohrendbereiche offenbart. Dieser Nachschaltwärmetauscher dient jedoch nicht der Nachrüstung von Heizkesseln im Sinne eines eingangs genannten Nachrüstbausatzes, sondern ist bereits der Installation eines Brennwertkessels Bestandteil dieses Kessels und auf dessen individuelle Parameter abgestimmt. Ein solcher Wärmetauscher kann die Energieeffizienz bestimmter Heizkessel erhöhen; es sind jedoch weitere Verbesserungen erforderlich, insbesondere hinsichtlich der Einsatzfähigkeit bei der Nachrüstung und für verschiedene Heizkesselbauarten.
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In existierenden Heiz- bzw. Brauchwassersystemen ist eine Vielzahl verschiedener Kessel, beispielsweise auch Naturzugkessel, im Einsatz. Das Nachrüsten der Heizkessel mit Nachschaltwärmetauschern ist aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Kesselbauarten mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da ein Nachrüsten zu einer Kombination von nicht füreinander geeigneten Komponenten führen kann, für die keine Zulassung erlangt werden kann und/oder die zu Betriebsstörungen führen kann. Eine Ursache hierfür liegt beispielsweise in einer Änderung der Abgasführung durch den Nachschaltwärmetauscher, die zu Beschädigungen beispielsweise am Heizkessel und/oder am Nachschaltwärmetauscher führen kann und die Sicherheit und Zuverlässigkeit eines Heiz- bzw. Brauchwassersystems negativ beeinträchtigen kann.
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Weiterhin führt das Nachrüsten von Heizkesseln mit Nachschaltwärmetauschern häufig zu Störungen im Betrieb des Heizkessels, insbesondere zu Ausfällen bzw. Abschaltungen des Brenners des Heizkessels. Der Einsatz von Nachrüstwärmetauschern für Heizkessel zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung ist aufgrund dieser Probleme daher auf wenige Heiz- bzw. Brauchwassersystem-Bauweisen mit speziellen, für eine Nachrüstung geeigneten Komponenten beschränkt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung bereitzustellen, der einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindert oder beseitigt. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nachrüstbausatz bereitzustellen, der für eine Vielzahl von Kesselbauarten geeignet ist und insbesondere deren sicheren und zuverlässigen, insbesondere ausfallsicheren, Betrieb sicherzustellen bzw. zumindest zu verbessern. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckschaltvorrichtung für einen Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung sowie ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung bereitzustellen, die bzw. das einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindert oder beseitigt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Nachrüstbausatz der eingangs genannten Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine Druckschaltvorrichtung mit einem Drucksensor, einem Steuerungsmittel, einem Eingangs- und einem Ausgangssignal, wobei das Eingangssignal ein am Anschlussstutzen anliegender Abgasdruck ist und das Ausgangssignal ausgebildet ist, den Betrieb eines Heizkessels zu unterbrechen und/oder ein Warnsignal zu generieren, wenn der Abgasdruck am Anschlussstutzen für eine oberhalb einer Toleranzdauer liegende Dauer von einem vorbestimmten ersten Sollwertbereich abweicht, insbesondere einen vorbestimmten ersten Sollwert überschreitet.
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Die erfindungsgemäße Druckschaltvorrichtung steht vorzugsweise eingangsseitig mit dem Anschlussstutzen in Verbindung, so dass der am Anschlussstutzen herrschende Abgasdruck das Eingangssignal der Druckschaltvorrichtung bildet und in den Drucksensor der Druckschaltvorrichtung eingeht. Der Drucksensor ermittelt den am Anschlussstutzen herrschenden Abgasdruck. Für diesen am Anschlussstutzen anliegenden Abgasdruck ist ein erster Sollwertbereich bzw. ein erster Sollwert vorbestimmt, der vorzugsweise in Abhängigkeit des nachzurüstenden Heizkessels und seiner Komponenten festgelegt wird. Vorzugsweise entspricht der vorbestimmte erste Sollwertbereich einem Abgasdruck von weniger als –10 Pa. Der vorbestimmte erste Sollwert entspricht vorzugsweise einem Abgasdruck von –10 Pa, der nicht überschritten werden soll, d. h. der Abgasdruck soll weniger als –10 Pa betragen.
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Ausgangsseitig erzeugt die Druckschaltvorrichtung ein Ausgangssignal, das vorzugsweise in eine Heizkessel- bzw. Brennersteuerung derart eingespeist wird, dass das Ausgangssignal den Betrieb des Heizkessels unterbricht, beispielsweise durch Abschalten des Brenners, und/oder ein vorzugsweise optisches und/oder akustisches Warnsignal erzeugt für den Fall, dass der durch den Drucksensor ermittelte Abgasdruck am Anschlussstutzen von dem vorbestimmten ersten Sollwertbereich abweicht bzw. den ersten Sollwert überschreitet, und zwar für eine bestimmte Zeitspanne, die oberhalb einer Toleranzdauer liegt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass einerseits für den sicheren und die Zulassungsbedingungen erfüllenden Betrieb eines Heizkessels der Abgasdruck am Anschlussstutzen einen heizkesselabhängigen ersten Sollwertbereich nicht verlassen bzw. einen heizkesselabhängigen ersten Sollwert nicht überschreiten sollte. Andererseits herrschen bei der Vielzahl verschiedener Heizkesselbauarten sehr unterschiedliche Druckbedingungen am Anschlussstutzen vor, die heiz- bzw. brauchwassersystemabhängig sowie bezüglich der Einbausituation und Abgasführung individuell ausgebildet sind. Je nach Heizkesselbauart, Heiz- bzw. Brauchwassersystem und/oder Einbausituation oder Abgasführung können daher kurzzeitige Unregelmäßigkeiten im Druckverlauf am Anschlussstutzen entstehen, die zu einer Abweichung des Abgasdrucks am Anschlussstutzen von dem vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. zu einer Überschreitung des ersten Sollwerts für den Abgasdruck am Anschlussstutzen führen.
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Die Druckschaltvorrichtung des erfindungsgemäßen Nachrüstbausatzes erzeugt daher ein Ausgangssignal, welches den Betrieb eines Heizkessels erst dann unterbricht bzw. ein Warnsignal ausgibt, wenn die Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. die Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts für den Abgasdruck für einen Zeitraum andauert, der länger ist als eine Toleranzdauer. Auf diese Weise führen kurzzeitige Druckschwankungen, die kürzer sind als die Toleranzdauer, nicht zu einer Unterbrechung des Heizkesselbetriebs bzw. zu einem Warnsignal, und der Brenner wird nicht abgeschaltet. Erst wenn die Druckabweichung bzw. -überschreitung länger andauert als die Toleranzdauer, wird der Betrieb des Heizkessels unterbrochen und/oder ein Warnsignal generiert. Die Toleranzdauer wird vorzugsweise in Abhängigkeit des nachzurüstenden Heizkessels und seiner Komponenten sowie der Einbausituation und/oder Abgasführung festgelegt. Die Toleranzdauer beträgt vorzugsweise weniger als 15 s, insbesondere weniger als 5 s.
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Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Nachrüstbausatz für eine Vielzahl unterschiedlicher Heizkesselbauarten in unterschiedlichen Anwendungs- und Einbausituationen zum Einsatz kommen, ohne dass auf diesen Unterschieden beruhende kurzzeitige Druckschwankungen zu einer häufigen Abschaltung des Brenners bzw. häufigen Betriebsstörungen des Heizkessels führen. Gleichzeitig kann mit dem erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz ein sicherer Betrieb verschiedenster Heizkesselbauarten sichergestellt werden, da die Toleranzdauer überschreitende Abweichungen des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. Überschreitungen des vorbestimmten ersten Sollwerts für den Abgasdruck eine Betriebsunterbrechung bzw. ein Warnsignal auslösen und so Schäden aufgrund eines unzulässigen Betriebszustandes vermieden werden können.
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Dabei ist es bevorzugt, dass der Anschlussstutzen oder der Abgasstutzen ein Gebläse zur Förderung des Abgases aufweist, wobei vorzugsweise das Gebläse aus Sauggebläse ausgebildet ist, welches am Anschlussstutzen einen Unterdruck erzeugt. Dies ist insbesondere vorteilhaft beim Einsatz des Nachrüstbausatzes zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Naturzugkesseln, die einen Unterdruck am Heizkesselabgasausgang erfordern. Auch bei anderen Kesseln ist ein Gebläse zur Förderung des Abgases vorteilhaft, insbesondere bei einer durch die Einbausituation bedingten ungünstigen Abgasführung.
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Dabei ist zu verstehen, dass die Drehzahl des Gebläses und damit dessen Förderleistung insbesondere mittels einer Ansteuerungsvorrichtung bestimmt wird und einstellbar ist. Hierdurch wird es möglich, dass die Drehzahl durch einen Fachmann auf einen bestimmten Sollwert eingestellt wird, bei dem der für einen sicheren Betrieb erforderliche Unterdruck am Anschlussstutzen anliegt. Sollte im tatsächlichen Betrieb mittels des Drucksensors ermittelt werden, dass von diesem Sollwert um einen bestimmten Betrag abgewichen wird, so kann hierdurch eine Fehlermeldung ausgegeben werden und/oder eine Abschaltung des Brenners veranlasst werden.
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Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass das Steuerungsmittel eine Dämpfungsvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist, das Ausgangssignal zu dämpfen.
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Vorzugsweise wird das Ausgangssignal durch eine Dämpfungsvorrichtung des Steuerungsmittels gedämpft. Unter einer Dämpfung wird die Abmilderung des Einflusses eines, insbesondere kurzzeitigen, Ausschlags des Eingangssignals auf das Ausgangssignal verstanden.
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Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass die Dämpfungsvorrichtung als mechanische Dämpfungsvorrichtung, insbesondere als Düse, ausgebildet und zwischen dem Eingangssignal und dem Drucksensor angeordnet ist. In dieser Fortbildungsform wird das Eingangssignal, das als der am Anschlussstutzen anliegende Abgasdruck vorliegt, mechanisch, beispielsweise durch eine Düse oder eine Kanalführung, gedämpft, bevor der Drucksensor den Abgasdruck ermittelt. Der Drucksensor detektiert somit einen bereits gedämpften Abgasdruck, bei dem kurzzeitige Druckstöße bereits ausgeglichen wurden. Das Ausgangssignal kann in dieser Fortbildungsform direkt aus dem vom Drucksensor ermittelten Abgasdruck abgeleitet werden.
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In einer alternativen Fortbildungsform ist vorgesehen, dass die Dämpfungsvorrichtung als elektronische Dämpfungsvorrichtung ausgebildet und zwischen dem Drucksensor und dem Ausgangssignal angeordnet ist. In dieser Fortbildungsform detektiert der Drucksensor unmittelbar den als Eingangssignal vorliegenden Abgasdruck am Anschlussstutzen. Die Dämpfung des Ausgangssignals erfolgt in dieser Fortbildungsform nach der Ermittlung des Abgasdrucks durch den Drucksensor und vor der Generierung des Ausgangssignals. Weiterhin wird in dieser Fortbildungsform eine elektronische Dämpfung des Ausgangssignals vorgenommen.
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Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass die elektronische Dämpfungsvorrichtung ausgebildet ist, das Ausgangssignal um eine der Toleranzdauer entsprechende Dauer zu überbrücken, so dass für diese Dauer eine Unterbrechung des Betriebs eines Heizkessels verhindert wird.
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In dieser bevorzugten Fortbildungsform des erfindungsgemäßen Nachrüstbausatzes überbrückt die elektronischen Dämpfungsvorrichtung das Ausgangssignal für eine der Toleranzdauer entsprechende Dauer. Das bedeutet, dass ein vom Drucksensor bei Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. bei Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts für den Abgasdruck erzeugtes Abschaltsignal nicht direkt als Ausgangssignal von der Druckschaltvorrichtung ausgegeben wird, sondern die elektronische Dämpfungsvorrichtung für die Toleranzdauer die Unterbrechung des Betriebs des Heizkessels verhindert. Dauert die Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. die Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts für den Abgasdruck länger an als die Toleranzdauer, wird das Abschaltsignal als Ausgangssignal ausgegeben, so dass der Betrieb des Heizkessels unterbrochen bzw. ein Warnsignal generiert wird. Erreicht der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer wieder einen vorbestimmten zweiten Sollwertbereich bzw. unterschreitet der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer einen zweiten Sollwert, erfolgt vorzugsweise keine Unterbrechung des Betriebs des Heizkessels bzw. wird kein Warnsignal generiert. Der zweite Sollwertbereich liegt vorzugsweise unterhalb eines Abgasdrucks von –20 Pa, d. h. der zweite Sollwert liegt entsprechend bei –20 Pa, so dass keine Abschaltung erfolgt bzw. kein Warnsignal ausgegeben wird, wenn der Abgasdruck innerhalb der Toleranzdauer wieder unter einen Wert von –20 Pa absinkt. Da der zweite vorbestimmte Sollwert vorzugsweise unter dem vorbestimmten ersten Sollwert liegt, bedeutet dies, dass eine Betriebsunterbrechung bzw. Warnmeldung vorzugsweise nur dann nicht erfolgt, wenn der Abgasdruck innerhalb der Toleranzdauer nicht nur den ersten Sollwert, sondern auch den zweiten Sollwert wieder unterschreitet.
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Dabei ist weiterhin bevorzugt, dass die elektronische Dämpfungsvorrichtung einen Kondensator und ein Relais umfasst, die derart verschaltet sind, dass das Ausgangssignal in dem Kondensator zwischengespeichert wird, so dass der Kondensator für eine der Toleranzdauer entsprechende Dauer das Relais mit Strom versorgt, diese Dauer eine Unterbrechung des Betriebs eines Heizkessels zu verhindern.
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Diese bevorzugte Fortbildungsform sieht vor, dass die Überbrückung des Ausgangssignals durch einen Kondensator erfolgt, der im Falle einer Druckabweichung vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. einer Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts ein Relais für die Zeitspanne der Toleranzdauer mit Strom versorgt. Durch ein vom Drucksensor bei Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. bei einer Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts erzeugtes Abschaltsignal kommt es zu einer Entladung des Kondensators, der auf diese Weise das Relais mit Strom versorgt und so verhindert, dass das Abschaltsignal direkt als Ausgangssignal ausgegeben wird. Erst wenn der Kondensator keinen Strom mehr an das Relais liefert, d. h. wenn die Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. die Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts länger andauert als die Toleranzdauer, und das Relais schaltet, wird das Abschaltsignal als Ausgangssignal ausgegeben und damit der Betrieb des Heizkessels unterbrochen bzw. ein Warnsignal generiert. Erreicht der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer wieder einen vorbestimmten zweiten Sollwertbereich bzw. unterschreitet der Abgasdruck wieder einen vorbestimmten zweiten Sollwert, wird der Kondensator wieder geladen und es erfolgt keine Unterbrechung des Betriebs des Heizkessels bzw. es wird kein Warnsignal generiert.
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Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, die vorhergehend als Alternativen beschriebenen Fortbildungsformen mit einer mechanischen bzw. einer elektronischen Dämpfungsvorrichtung miteinander zu kombinieren.
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Der erfindungsgemäße Nachrüstbausatz oder eine seiner Fortbildungen kann weiter dadurch fortgebildet werden, dass das Steuerungsmittel ausgebildet ist, die Betriebsaufnahme eines Heizkessels freizugeben und/oder zu initiieren, wenn der Abgasdruck am Anschlussstutzen in einem vorbestimmten zweiten Sollwertbereich liegt, insbesondere einen vorbestimmten zweiten Sollwert unterschreitet.
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Bevor ein Heizkessel in Betrieb genommen werden kann, beispielsweise bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder der Wiederaufnahme des Betriebs nach einer geplanten oder ungeplanten Betriebsunterbrechung, insbesondere beim Starten des Heizkesselbrenners, ist es erforderlich, dass der Abgasdruck am Anschlussstutzen nicht von einem vorbestimmten zweiten Sollwertbereich abweicht bzw. einen vorbestimmten zweiten Sollwert nicht überschreitet. Beispielsweise muss bei einem Naturzugkessel ein bestimmter Unterdruck am Anschlussstutzen vorliegen, damit der Brenner sicher gestartet werden kann. Daher sieht die bevorzugte Fortbildungsform vor, dass die Betriebsaufnahme des Heizkessels dann freigegeben und/oder initiiert wird, wenn der Abgasdruck am Anschlussstutzen in dem vorbestimmten zweiten Sollwertbereich liegt bzw. den vorbestimmten zweiten Sollwert unterschreitet. Der vorbestimmte zweite Sollwertbereich entspricht vorzugsweise einem Abgasdruck von weniger als –20 Pa. Der vorbestimmte zweite Sollwert liegt somit bei –20 Pa, so dass die Betriebsaufnahme des Heizkessels dann freigegeben und/oder initiiert wird, wenn der Abgasdruck am Anschlussstutzen weniger als –20 Pa beträgt. Wird der vorbestimmte zweite Sollwertbereich erreicht bzw. der vorbestimmte zweite Sollwert unterschritten, wird der Brenner vorzugsweise automatisch (erstmalig) gestartet bzw. nach einer vorherigen Betriebsunterbrechung automatisch wieder erneut gestartet.
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Die Erfindung kann weiter dadurch fortgebildet werden, dass die Druckschaltvorrichtung eine Einstelleinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, die Dämpfungswirkung der Dämpfungsvorrichtung und/oder den ersten und/oder den zweiten Sollwertbereich, insbesondere den ersten und/oder den zweiten Sollwert, einzustellen.
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Die erfindungsgemäße Einstelleinrichtung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, den erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz für eine Vielzahl unterschiedlicher Heizkesselbauarten in unterschiedlichen Anwendungs- und/oder Einbausituationen anzupassen. Die Einstelleinrichtung kann beispielsweise die Wirkung einer mechanischen Dämpfungsvorrichtung verändern, indem die mechanische Dämpfungsvorrichtung verstellt oder ausgetauscht wird. Die elektronische Dämpfungsvorrichtung kann beispielsweise durch eine Anpassung der elektronischen Komponenten, beispielsweise des Kondensators, verändert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der vorbestimmte erste und/oder der vorbestimmte zweite Sollwertbereich, insbesondere der erste und/oder der zweite Sollwert, festgelegt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit von der Bauart des Heizkessels, des Brennertyps des Heizkessels und/oder der Anwendungs- bzw. Einbausituation des Heizkessels. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der erfindungsgemäße Nachrüstbausatz auf die Betriebsparameter und/oder Betriebsrahmenbedingungen einer Vielzahl verschiedenartiger Heizkessel angepasst werden kann und für diese verschiedenen Szenarios die sichere, zulässige und effiziente Nachrüstung erlaubt.
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Es ist weiterhin bevorzugt, das Steuerungsmittel mit einer Abgasfördervorrichtung signaltechnisch zu koppeln und auszubilden, um die Förderleistung der Abgasfördervorrichtung in Abhängigkeit des Drucksignals des Drucksensors solcherart zu steuern, dass ein vorgegebener Mindestunterdruck am Anschlussstutzen anliegt. Auf diese Weise kann der erforderliche Unterdruck zuverlässig aufrechterhalten werden. Im Falle eines Ausfalls der Abgasfördervorrichtung wird zuverlässig die Abschaltung realisiert. Insbesondere kann diese Ausführungsform durch ein Gebläse, beispielsweise ein Axialgebläse, oder ein Axial-Radialgebläse als Abgasfördervorrichtung ausgeführt werden, deren Drehzal durch die Steuerungsmittel in Abhängigkeit des Drucksensorsignals gesteuert oder geregelt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Nachrüstbausatzes ergeben sich durch Kombination der hier erörterten bevorzugten Merkmale.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Druckschaltvorrichtung für einen Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung umfassend einen Drucksensor, ein Steuerungsmittel, ein Eingangs- und ein Ausgangssignal, wobei das Eingangssignal ein an einem Anschlussstutzen zum Anschließen eines Nachrüstbausatzes an einen Heizkesselabgasausgang anliegender Abgasdruck ist und das Ausgangssignal ausgebildet ist, den Betrieb eines Heizkessels zu unterbrechen und/oder ein Warnsignal zu generieren, wenn ein Abgasdruck an einem Anschlussstutzen zum Anschließen eines Nachrüstbausatzes an einen Heizkesselabgasausgang für eine oberhalb einer Toleranzdauer liegende Dauer von einem vorbestimmten ersten Sollwertbereich abweicht, insbesondere einen vorbestimmten ersten Sollwert überschreitet.
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Die erfindungsgemäße Druckschaltvorrichtung wird vorzugsweise mit den vorstehend beschriebenen bevorzugten Merkmalen und Merkmalskombinationen der in einem erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz vorgesehenen Druckschaltvorrichtung fortgebildet.
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Die erfindungsgemäße Druckschaltvorrichtung wird vorzugsweise in einem Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung verwendet, insbesondere in einem Nachrüstbausatz wie zuvor beschrieben.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist das eingangs genannte Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrads eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung gekennzeichnet durch die Schritte Bereitstellen einer Druckschaltvorrichtung mit einem Drucksensor und einem Steuerungsmittel, Erzeugen eines Eingangssignals der Druckschaltvorrichtung durch einen am Anschlussstutzen anliegenden Abgasdruck, Ermitteln eines am Anschlussstutzen anliegenden Abgasdrucks mittels des Drucksensors, Erzeugen eines Ausgangssignals der Druckschaltvorrichtung, das ausgebildet ist, den Betrieb eines Heizkessels zu unterbrechen und/oder ein Warnsignal zu generieren, wenn der Abgasdruck am Anschlussstutzen für eine oberhalb einer Toleranzdauer liegende Dauer von einem vorbestimmten ersten Sollwertbereich abweicht, insbesondere einen vorbestimmten ersten Sollwert überschreitet.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann fortgebildet werden nach den Ansprüchen 13 bis 18. Diese fortgebildeten Verfahren weisen Merkmale bzw. Verfahrensschritte auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für einen erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz und seine Fortbildungen verwendet zu werden. Zu den Ausführungsformen, spezifischen Merkmalen, Varianten und Vorteile der Merkmale dieses Verfahrens und der Verfahrensfortbildungen wird auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen verwiesen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Nachrüstbausatzes;
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckschaltvorrichtung für einen Nachrüstbausatz zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung;
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3 die Verschaltung eines Nachrüstbausatzes und
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4 einen durch die erfindungsgemäße Druckschaltvorrichtung eines Nachrüstbausatzes zu dämpfenden Druckverlauf.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz 100 zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Gebäude- und/oder Brauchwasserheizung 100 mit einem Gas-Wasser-Wärmetauscher 110, einem Anschlussstutzen 120 zum Anschließen des Wärmetauschers 110 an einen Heizkesselabgasausgang (nicht dargestellt) und einen Abgasstutzen 130 zum Anschließen des Wärmetauschers 110 an eine Abgasleitung (nicht dargestellt). Der Abgasstutzen 130 weist ein Gebläse 131 zur Förderung des Abgases auf, das als Axial-Radial-Sauggebläse zur Erzeugung eines Unterdrucks am Anschlussstutzen 120 ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Nachrüstbausatz 100 weist weiterhin eine Druckschaltvorrichtung 140 mit einem Drucksensor 141 auf. Der Drucksensor 141 steht über einen Messschlauch 143 mit dem Abgas in Fluidverbindung, so dass der Abgasdruck als Eingangssignal 144, wie in 2 zu erkennen, vorliegt. Die Druckschaltvorrichtung 140 weist weiterhin Steuerungsmittel 142 auf, die in dieser Ausführungsform, wie in 2 zu erkennen, zwischen dem Drucksensor 141 und dem Ausgangssignal 145 der Druckschaltvorrichtung 140 angeordnet sind und eine elektronische Dämpfungsvorrichtung umfassen. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann das Steuerungsmittel auch zwischen dem Drucksensor 141 und dem Eingangssignal 144 angeordnet sein und eine mechanische Dämpfungsvorrichtung umfassen.
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3 stellt eine mögliche Verschaltung für einen erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz dar. Die in
3 dargestellten Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:
| L1 | Phase |
| PE | Schutzleiter PE |
| N | Null-Leiter |
| T1 | Phase |
| T2 | Phase |
| S3 | Störung |
| B4 | Betriebsstunden |
| b9 | Abgasthermostat 90°C |
| M | Sauggebläse |
| b8 | Signallampe Störung |
| b10 | Signallampe Betrieb |
| b11 | Drucksensor |
| b12 | Lüsterklemme |
| b13 | Steuerungsmittel |
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Der Drucksensor b11 ist mit einem Druckschalter verbunden, der die Stromzufuhr zur Heizkesselsteuerung unterbrechen kann. Die Steuerungsmittel mit einer elektronischen Dämpfungsvorrichtung b13 weisen einen Kondensator auf, in dem das Schaltsignal des Druckschalters zwischengespeichert wird.
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Durch ein vom Drucksensor b11 bei Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. bei Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts im Druckschalter erzeugtes Abschaltsignal kommt es zu einer Entladung des Kondensators, der auf diese Weise das Relais mit Strom versorgt und so verhindert, dass das Abschaltsignal direkt als Ausgangssignal ausgegeben wird. Erst wenn der Kondensator keinen Strom mehr an das Relais liefert, d. h. wenn die Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. die Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts länger andauert als die Toleranzdauer, und das Relais schaltet, wird das Abschaltsignal als Ausgangssignal ausgegeben und damit der Betrieb des Heizkessels unterbrochen bzw. ein Warnsignal generiert. Erreicht der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer wieder einen vorbestimmten zweiten Sollwertbereich bzw. unterschreitet der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer einen vorbestimmten zweiten Sollwert, wird der Kondensator wieder geladen und es erfolgt keine Unterbrechung des Betriebs des Heizkessels bzw. es wird kein Warnsignal generiert.
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Bei einer vom Drucksensor b11 detektierten Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. einer Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts schaltet der Druckschalter und unterbricht die Stromzufuhr. Dadurch kommt es zu einer Entladung des Kondensators der elektronischen Dämpfungsvorrichtung b13, der auf diese Weise das Relais der elektronischen Dämpfungsvorrichtung b13 mit Strom versorgt und so verhindert, dass das Abschaltsignal direkt als Ausgangssignal ausgegeben wird. Wenn die Abweichung des Abgasdrucks vom vorbestimmten ersten Sollwertbereich bzw. die Überschreitung des vorbestimmten ersten Sollwerts länger andauert als die Toleranzdauer, liefert der Kondensator keinen Strom mehr an das Relais und das Relais schaltet. Dadurch wird das Abschaltsignal dann von der elektronischen Dämpfungsvorrichtung b13 als Ausgangssignal ausgegeben und damit der Betrieb des Heizkessels unterbrochen bzw. ein Warnsignal generiert. Erreicht der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer wieder einen vorbestimmten zweiten Sollwertbereich bzw. unterschreitet der Abgasdruck noch während der Toleranzdauer einen vorbestimmten zweiten Sollwert, schließt der Druckschalter wieder die Stromversorgung, so dass der der Kondensator wieder geladen wird und keine Unterbrechung des Betriebs des Heizkessels erfolgt bzw. kein Warnsignal generiert wird.
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4 zeigt einen möglichen Druckverlauf, der in einem erfindungsgemäßen Nachrüstbausatz gedämpft wird. Auf der Abszisse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen, auf der Ordinate der Abgasdruck am Anschlussstutzen in Pascal. Die horizontale Linie 220 bei –10 Pa stellt den vorbestimmten ersten Sollwert dar und entspricht somit einer oberen Grenze des vorbestimmten ersten Sollwertbereichs. Die zweite horizontale Linie 230 bei –20 Pa stellt den vorbestimmten zweiten Sollwert dar und entspricht somit einer oberer Grenze des vorbestimmten zweiten Sollwertbereichs. Die Linie 210 stellt den tatsächlich auftretenden Druckverlauf am Anschlussstutzen dar. Wie aus dieser Linie 210 zu erkennen ist, fällt der Druck am Anschlussstutzen von anfänglich 0 Pa nach ca. 0,7 s auf etwa –30 Pa ab, vorzugsweise bedingt durch das Einschalten eines Sauggebläses zur Erzeugung eines Unterdrucks am Anschlussstutzen. Nach dem Kreuzen der Linie 230 unterschreitet der Druck am Anschlussstutzen somit den vorbestimmten ersten Sollwert, d. h. der Druck am Anschlussstutzen gerät in den vorbestimmten zweiten Sollwertbereich, wodurch am Punkt 240 der Betrieb des Heizkessels freigegeben wird. Der Brenner des Heizkessels startet bei ca. 1,25 s und führt während der nächsten 2 s zu einem kurzzeitigen Druckstoß mit einem Spitzendruck von ca. 25 Pa zum Zeitpunkt t = ca. 2,1 s.
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Die Druckschaltvorrichtung des erfindungsgemäßen Nachrüstbausatzes dämpft den Druckstoß ab, so dass es nicht bereits ab Punkt 250 zu einer Unterbrechung des Betriebs des Brenners kommt, sondern die Unterbrechung des Betriebs bzw. eine Warnmeldung verhindert wird, solange der Druckstoß kürzer ist als eine Toleranzdauer. In dem in 4 gezeigten Beispiel beträgt die Dauer 260 des Druckstoßes ca. 2 s, so dass die Toleranzdauer in diesem Fall größer oder gleich der Dauer des Druckstoßes ist. Wenn der Druck am Anschlussstutzen, d. h. die Linie 210, noch innerhalb der Toleranzdauer den vorbestimmten zweiten Sollwert, also die Linie 230, wieder unterschreitet und damit wieder in den vorbestimmten zweiten Sollwertbereich gelangt, erfolgt keine Betriebsunterbrechung bzw. keine Warnmeldung. Dauert die Abweichung bzw. Überschreitung länger an als die Toleranzdauer, wird der Betrieb des Heizkessels unterbrochen bzw. eine Warnmeldung ausgegeben. Wird im Anschluss an eine Betriebsunterbrechung – bzw. bei Betriebsaufnahme erstmalig – der vorbestimmte zweite Sollwert unterschritten bzw. der vorbestimmte zweite Sollwertbereich erreicht, startet der Brenner des Heizkessels vorzugsweise automatisch erneut bzw. erstmalig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006044201 A1 [0008]
