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Die Neuerung betrifft einen Heizkessel zur Verbrennung von festen Brennstoffen, gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
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Heizkessel bestehen im Wesentlichen aus einem Heizmedium führenden Kesselkörper aus gusseisernen Kesselgliedern oder aus verschweißten Stahlblechen. Dieser beinhaltet einem Füllraum für Brennstoff mit einer oberen oder seitlichen Befüllöffnung, einem Brennrost mit einem darunter angeordnetem Aschekasten. Dabei erfolgt eine pyrolytische Verbrennung oberhalb des Brennrostes und somit an der Unterseite der Brennstoffmenge im Füllraum. Brennstoff rutscht somit laufend durch das Eigengewicht von oben her nach. Über eine Heizgasaustrittsöffnung gelangen die Pyrolysegase in eine nachgeschaltete Brennkammer. Die hier entstehenden Verbrennungstemperaturen werden in einem sich anschließenden Wärmetauscher abgebaut, indem die Wärme an das umgebende Heizmedium abgegeben wird. Danach strömen die Heizgase zu einem Abgasstutzen. Weiterhin übernimmt eine Regeleinrichtung die Steuerung des Verbrennungsablaufs und diverse Sicherheitsfunktionen.
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Zur Verbrennung von festen Brennstoffen sind so genannte Feststoffkessel für Scheitholz oder Pelletkessel bekannt. Im ersten Fall dient die Tür lediglich als vorderer oder oberer Abschluss und Zugangsmöglichkeit, und im zweiten Fall nimmt sie einen entsprechenden Pelletbrenner auf. Verbreitet sind spezielle Feststoffkessel mit Feuerungsrosten und jeweils mindestens einem darunter angeordneten Aschekasten.
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Eine automatische Brennstoffzufuhr gehört für Feststoffverbrennungseinrichtungen, wie Heizkessel und Öfen, zum Stand der Technik. Besonders bei Pellet- und Hackschnitzelfeuerung sind lange Betriebszeiten ohne Bedienung möglich. Sogar eine gewichtsgesteuerte Nachführung einer Vielfalt von Festbrennstoffen in eine Brennkammer ist aus der
DE 102 07 083 A1 bekannt. Dabei ist die gesamte Brennkammer auf einem Gewichtsmessgerät gelagert. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion allerdings die erhebliche Temperaturbelastung aller Bauteile, die Ankopplung aller Komponenten wegen der spezieller Brennkammer-Lagerung sowie deren abgas- und heizgasseitige Abdichtung.
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Beim Verbrennen von festen Brennstoffen entstehen Asche und Rußpartikel in größeren Mengen und gelangen in den zugeordneten Aschekasten. Daher ist das regelmäßige Entfernen von Asche und Rußpartikeln wichtig. Die Reinigungsintervalle variieren relativ stark ergeben sich aus der Art des Brennstoffes, der Heizkesselgeometrie, der Betriebshäufigkeit und des Brenners. Daher ist es für einen Betreiber einer derartigen Feststoffverbrennungseinrichtung relativ schwer einzuordnen, wann genau eine Reinigung erforderlich ist. Dies hat einen erhöhten Aufwand zur Folge, das heißt einerseits wird eventuell zu oft die Aschelade kontrolliert oder gereinigt und andererseits kann eine Reinigung übersehen werden, so dass dann eventuell zu starke Ablagerungen die Funktionsfähigkeit beeinträchtigen.
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Genauso wird bei derzeitig eingesetzten Scheitholzkesseln der Ladezustand des Brennstoffes nicht erfasst und auch eine Abschätzung des Brennstoffverbrauchs basiert nur auf Beobachtung bzw. auf Erfahrungswerten. Die Information über die eingelegte Menge sowie der zeitliche Brennstoffverbrauch können somit nicht ermittelt werden. Ein Betreiber sucht daher einerseits möglicherweise in zu kurzen Zeitintervallen den Heizkessel auf und legt Brennstoff nach, was eventuell zu einem Überheizen des angeschlossenen Wärmeverbraucherkreislaufes führt. Anderseits kommt es möglicherweise zu Komforteinbußen für einen Nutzer, wenn zu wenig Brennstoff im Füllraum ist und dieser leer brennt. Jeder Eingriff zur Brennstoffbeladung führt in der Regel, wenn auch nur kurzzeitig, zu stärkeren Abgasemissionen.
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Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Betrieb und die Bedienung von Heizkesseln und Öfen zur Verbrennung von festen Brennstoffen zu optimieren.
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Neuerungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gekennzeichnet ist ein neuerungsgemäßer Heizkessel durch mindestens einen im oberen Bereich des Füllraumes angeordneten Abstandssensor zur berührungslosen Erfassung des Brennstoff-Füllstandes im Füllraum. Mit dem mindestens einen Abstandssensor wird die Ermittlung des Brennstoff-Füllstandes sowie des zeitlichen Verlaufs des Brennstoff-Füllstandes realisiert, indem ein Abstandssensor ein Signal für eine Füllstandsauswerte- und -anzeigevorrichtung und/oder eine Regeleinrichtung generiert.
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Vorteilhafterweise detektiert der mindestens eine Abstandssensor die Richtung und/oder Laufzeit eines aktiv ausgesandten, am Brennstoff, speziell an dessen Oberseite, reflektierten Signals. Somit können, je nach Füllraumgeometrie und eingesetztem Brennstoff, mehrere parallel eingesetzte Abstandssensoren den Füllstand noch besser erfassen.
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In bevorzugten Ausführungsformen arbeitet daher der mindestens eine Abstandssensor kapazitiv, induktiv oder mittels einer Parallaxe und/oder eines Stereobildes einer elektronischen Kamera. Dabei umfassen die aktiv ausgesandten Messstrahlen eines Abstandssensors Licht, Infrarotstrahlung, Radiowellen, Mikrowellen, Terahertzstrahlung oder Ultraschall. Wird ein kapazitiver Abstandssensor eingesetzt, so arbeitet dieser mit einem elektrischen Wechselfeld.
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Weiterhin weist die Füllstandsauswerte- und -anzeigevorrichtung eine Anzeigeeinheit mit einer optischen, mechanischen und/oder akustischen Signaleinrichtung auf, welche bei einer notwendigen Befüllung des Füllraumes mit Brennstoff anspricht. Diese Anordnung kann unabhängig von einer vorhandenen Regeleinrichtung an einem Heizkessel montiert werden, beispielsweise gut sichtbar am Heizkessel oder sogar in einem Raum im Aufenthaltsbereich eines Nutzers.
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Alternativ oder ergänzend dazu ist in einer vorteilhaften Ausführungsform die Füllstandsauswerte- und -anzeigevorrichtung in eine Anzeigeeinheit einer Regeleinrichtung für den Heizkessel integriert, so dass die Regeleinrichtung das von dem mindestens einen Abstandssensor generierte Signal verarbeitet.
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Mit der neuerungsgemäßen Anordnung werden Betrieb und Bedienung eines Heizkessels oder Ofens zur Verbrennung von festen Brennstoffen optimiert. Das regelmäßig erforderliche Befüllen, aber auch das vom Brennstoffdurchsatz abhängige regelmäßig erforderliche Entleeren des Aschekastens, wird vereinfacht, weil einem Bediener genau der richtige Zeitpunkt für einen Eingriff in den Heizkesselbetrieb signalisiert wird. Daher muss die Befüllöffnung nur noch bei Notwendigkeit, und somit in größeren Zeitintervallen als bisher, geöffnet werden. Die Verschmutzungsgefahr im Aufstellraum minimiert sich dadurch natürlich auch. Generell wird die Bedienungsfreundlichkeit deutlich erhöht, weil für die Bedienung mit der neuerungsgemäßen Funktion keine besonderen Heizgerätekenntnisse erforderlich sind und das Signal auch nicht speziell eingewiesenen Personen eindeutig ist. Beispielsweise kann ein Klartext zum Befüllen auffordern. Diese Meldung wird dann gelöscht, wenn ein manueller Eingriff am Heizkessel oder über den Füllstand die ergänzte Brennstoffmenge erkannt wird.
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Mit der Neuerung werden niedrigere Emissionswerte, insbesondere hinsichtlich unverbrannter Kohlenwasserstoffe, wie CO und NOx, bei der Scheitholzverbrennung gewährleistet. Dies wird dadurch erreicht, dass mit dem Kenntnisstand über den Füllstand des Brennstoffes als auch über zeitlichen Verlauf des Brennstoffvorrats im Füllraum stets ein optimaler Betriebspunkt hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionen angefahren werden kann. Es wird somit neuerungsgemäß ein weiteres Kriterium zum genauen, bedarfsgerechten Ansteuern eines Abgas- und/oder Verbrennungsluftgebläses geschaffen. Kritische Betriebsphasen, wie zum Beispiel Hohlbrände, können über den zeitlichen Brennstoffverbrauch ermittelt werden.
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Außerdem kann mit den neuerungsgemäßen Maßnahmen eine Fördereinrichtung für Brennstoffe angesteuert werden, die den Füllraum entsprechend versorgt. Durch die Ermittlung des Brennstoffladezustands kann auf Basis einer Wärmebilanzierung dem Betreiber ein optimaler Betrieb vorgeschlagen werden, so dass er hinsichtlich eines ökonomischen und ökologischen Betriebsverhaltens unterstützt wird.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar und zeigt in einer einzigen Figur schematisch einen vertikalen Schnitt durch einen mit festen Brennstoffen befeuerten Heizkessel.
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Der Heizkessel besteht im Wesentlichen aus einem Heizmedium führenden Kesselkörper 1, einem Füllraum 2 für Brennstoff 3 mit einer oberen Befüllöffnung 4, einem Brennrost 5 mit einem darunter angeordneten Aschekasten 6, einer Heizgasaustrittsöffnung 7 in eine nicht dargestellte, nachgeschaltete Brennkammer mit einem sich anschließenden Wärmetauscher für das Heizgas sowie einer Regeleinrichtung 8.
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Im oberen Bereich des Füllraumes 2 sind drei Abstandssensoren 9 zur berührungslosen Erfassung des Brennstoff-Füllstandes im Füllraum 2 angeordnet, welche die Richtung und/oder Laufzeit eines aktiv ausgesandten, am Brennstoff 3 reflektierten Signals detektieren und ein Signal für eine Füllstandsauswerte- und -anzeigevorrichtung generieren, welche in der Regeleinrichtung 8 integriert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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