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Feuerstätte
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Feuerstätte gemaß
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Bei einer solchen bekannten Anordnung ist eine Luftansaug- und Abgaskanaleinheit
vorgesehen, bei der der Frischluftkanal unten und der Abgaskanal oben liegt und
beide gemeinsam durch eine Mauer geführt sind. Im Bereich des Abgaskanals ist ein
Ventilator vorgesehen, dem zu Kühlzwecken über eine verstellbare Drosselstelle im
Zuge eines Nebenstromkanals Frischluft unter Umgehung der Feuerstelle zugeführt
werden kann. Der öffnungsgrad der Drosselstelle ist demgemäß davon abhängig, welche
Erhitzung für den
Motor bzw. das Gebläse für zulässig erachtet wird.
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Obwohl eine Motorkühlung vorgesehen ist, ist nach wie vor eine Beaufschlagung
des Gebläses mit heißem und auch nicht gerade sauberem Abgas vorgesehen. Motor und
Gebläse sind demgemäß allen Verbrennungsprodukten, u. a. auch Schwitzwasser, ausgesetzt.
Es liegt daher auf der Hand, daß Motor und Gebläse nur eine beschränkte Lebensdauer
aufweisen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feuerstätte
zu schaffen, bei der der Luftdurchsatz auf bestimmte Werte abhängig vom Brennstoffdurchsatz
konstantgehalten werden soll.
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Die Lösung dieser Aufgabe liegt in nebengeordneter Weise in den Merkmalen
der Patentansprüche 1 und 2.
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Der sich hieraus ergebende technische Fortschritt ist darin zu sehen,
daß bei Betrieb des Gebläses und seines Motors mit relativ kalter Frischluft ein
Eindringen von Abgasen in den Aufstellraum der Feuerstelle ausgeschlossen ist, da
die gesamte Feuerstelle von Frischluft umspült ist.
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Weitere Ausgestaltungen und erfindungsgemäße Weiterbildungen sind
aus den Unteransprüchen, Ausführungsbeispiele der Erfindung aus den Figuren eins
bis drei der Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen Figur eins eine Ausführung einer Feuerstätte in einer Prinzipdarstellung,
Figur zwei eine Variante der Feuerstätte nach Figur eins und Figur drei ein elektrisches
Schaltbild für die Ansteuerung der Bypaßklappe.
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In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen
Einzelheiten.
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Eine Mauer 1 eines nicht weiter dargestellten Gebäudes begrenzt einen
Aufstellungsraum 2 einer Feuerstätte 3, im Ausführungsbeispiel eines Gaswasserheizers
für eine Zentralheizung bzw. zum Bereiten warmen Gebrauchswassers. Der Gaswasserheizer
weist eine luftdichte Ummantelung 4 auf, durch die an ihrer Oberseite eine Frischluft-Abgaskanaleinheit
5, an der Unterseite eine Vorlaufleitung 6, ein Brennstoffanschluß 7 und eine Rücklaufleitung
8 geführt sind und die seitwärts von einer Bypaßleitung 9 durchsetzt ist.
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Die Frischluft-Abgaskanaleinheit 5 besteht im einzelnen aus einem
in einem Mauerdurchbruch 11 vorgesehenen Mauerkasten 10, durch den Frischluft aus
der Atmosphäre in ein Rohrsystem geleitet wird, das aus einem äußeren Frischluftrohr
12 und einem innenliegenden, konzentrischen Abgasrohr 13 besteht, so daß sich eine
kreisringförmige Frischluftzuführung 14 und eine kreisförmige Abgasführung 15 ergeben.
Im Bereich der Zuluftzuführung 14 ist eine Luftmangelsicherung 16 in Gestalt eines
Durchsatzfühlers, Meßleitungen 17 und einer Differenzdruckmeßeinrichtung 18 vorgesehen.
Die ringförmige Frischluftzuführung 14 endet innerhalb der Ummantelung 4, so daß
ein Innenraum 19 ständig von Frischluft beaufschlagt ist. Am Ende der ringförmigen
Frischluftzuführung 14 ist ein Gebläse 20 angeordnet, das Luft über die Windschutzeinrichtung
und die Frischluftzuführung aus der Atmosphäre ansaugt und in den Innenraum 19 drückt.
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Im Innenraum 19 ist eine Feuerstelle 21 in Gestalt eines mit einem
Brenner 22 versehenen Gaswasserheizers vorgesehen, der von der Brennstoffleitung
7 gespeist ist, in der ein Brennstoffmagnetventil 23 und ein Gasdruckregler 24 vorgesehen
sind. Im Falle der Speisung der Feuerstelle mit einem flüssigen Brennstoff ist der
Gasdruckregler z. B. durch einen bldurchsatzregler ersetzt.
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Die Feuerstelle 21 besteht im Ausführungsfalle aus einem Heizschacht
25 mit am oberen Ende angeordnetem Lamellenwärmetauscher 26, der von der Rücklaufleitung
8 mit kühlem Wasser beaufschlagt ist und das aufgeheizte Wasser über die Vorlaufleitung
6 abführt.
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Im Betrieb verbrennt der Brenner 22 den durch die Brennstoffleitung
7 zugeführten Brennstoff unter Zuhilfenahme von aus dem Innenraum 19 stammender
Verbrennungsluft. Die Rauchgase steigen im Innenraum 27 des Heizschachtes nach oben,
durchsetzen unter Wärmeabgabe den Lamellenwärmetauscher 26 und werden durch die
Abgasabführung 15 durch den Gebläsedruck ins Freie befördert.
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Von der Brennstoffzufuhrleitung 7 zweigt eine Druckleitung 28 für
den Brennerdruck ab, die zu einem mit einer Membrane 29 versehenen Membranstellglied
30 führt, dessen Stellstange 31 mit der Membran 29 verbunden ist. Die Membranstellstange
betätigt ein Ventil 32 oder eine einstellbare Drosselstelle, die im Zuge der Bypaßleitung
9 vorgesehen ist.
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Die eben beschriebene Einrichtung nach Figur eins besitzt folgende
Funktion: Bei Inbetriebnahme der Feuerstelle 21 - beispielsweise durch Wärmeanforderung
an eine Zentralheizung - wird zunächst der nicht dargestellte Motor des Gebläses
20 an Spannung gelegt, das
Gebläse läuft an und beginnt Frischluft
aus der Atmosphäre durch die Frischluftzufuhrleitung 14 in den Innenraum 19 zu fördern.
Das Ventil 32 ist im Ruhezustand offen. Somit entsteht im Innenraum 19 Überdruck,
das bedeutet, daß die in den Innenraum 19 gedrückte Luft durch die Abgasabführung
15 in die Atmosphäre befördert, bzw.
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im Umlauf in die Luftzuführung zurückgegeben wird. Den entsprechenden
Luftdurchsatz durch die Feuerstätte registriert die Luftmangelsicherung 16. Bei
Überschreiten einer Grenzschwelle eines Luftdurchsatzes betätigt der Differenzdruckmesser
18 einen Schaltkontakt, wodurch auf nicht dargestellte Weise das Magnetventil 23
an Spannung gelegt wird; d. h., der Brenner 22 wird mit Brennstoff versorgt, der
dort ausströmende Brennstoff wird auf nicht dargestellte Weise gezündet.
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Somit findet durch die Rauchgase eine Wärmelieferung im Wärmetauscher
26 bzw. im Heizschacht 25 statt. Gleichzeitig steht aber der Brennstoffdruck nicht
nur am Brenner 22 an, sondern auch über die Druckleitung 28 am Membranstellglied
30. Das bewirkt eine Auslenkung der Membran 29 und damit eine Stellbewegung der
Stellstange 31 in der Weise, daß das Ventil 32 in der Bypaßleitung 9 mehr oder weniger
geschlossen wird. Der öffnungsgrad ist vom Brennstoffdruck und damit vom durchgesetzten
Brennstoff in der Feuerstätte abhängig, in der Gestalt, daß zu einer bestimmten
Brennstoffmenge, die in der Zeiteinheit verbrannt wird, eine Luftmenge gehört, die
in derselben Zeiteinheit in der Feuerstätte über das Gebläse umgesetzt wird.
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Da das Gebläse 20 größer ausgelegt ist, als für Teilleistungen erforderlich,
wird bei Teillastbetrieb das Bypaßventil 32 geöffnet, so daß nur ein Teilluftstrom
vom Gebläse 20 die Feuerstelle 21 durchspült und der restliche Luftstrom der Frischluftleitung
wieder zugeführt wird. Die Luftmangelsicherung registriert hierbei immer den Nennstromluftdurchsatz.
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Nur wenn der Mindestluftdurchsatz unterschritten wird, registriert
der Differenzdruckmesser 18 diesen Tatbestand und veranlaßt ein Schließen des Brennstoffmagnetventils
23, da der maximale Luftdurchsatz durch die Bypaßleitung kleiner ist als der Mindestdurchsatz
im Bereich der Luftmangelsicherung. Somit ist es mit dieser Ausführung möglich,
eine l-Steuerung für die Feuerstätte aufzubauen und zu betreiben. Das bedeutet,
daß mit konstantem Luftüberschuß einstellbaren Wertes für jeden Brennstoffdurchsatz
gearbeitet werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur zwei weist gegenüber dem der Figur
eins folgende Unterschiede auf: Bei fehlender Bypaßleitung 9 ist das Ventil 32 als
Klappe ausgebildet, die für den Frischluftstrom einen Kurzschluß zur Feuerstätte
21 darstellt und im Ruhezustand geöffnet ist. Die Klappe 32 ist an einem Stellmotor
33 angelenkt, beispielsweise einem Hubmagneten. Der Stellmotor 33 ist seinerseits
von einem Regler 34 beaufschlagt, an den zwei
Meßfühler 35 und
36 angeschlossen sind. Während der Temperaturfühler 35 in der Frischluftzuführung
14 angeordnet ist, ist der Temperaturfühler 36 in der Abgasführung 15 vorgesehen.
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Dieses Ausführungsbeispiel besitzt folgende Funktionen: Während bei
laufendem Gebläse 20 der volle Durchsatz durch die Luftzuführung 14 vom Differenzdruckmesser
18 erfaßt wird, wird der Luftdurchsatz, der durch das Gebläse 20 gefördert wird,
aufgeteilt in zwei Luftströme, von denen der eine durch die Feuerstelle 21 streicht
und der andere durch den von der Klappe 32 beherrschten Bypaß direkt in die Abgasführung
geleitet wird. Je nach Stellung der Bypaßklappe 32 wird somit der Luftdurchsatz
durch die Feuerstelle 21 in Anpassung an den Brennstoffdurchsatz geregelt, d.h.,
es handelt sich um eine A -Regelung.
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Meßgröße für diese Regelung ist die Temperaturdifferenz zwischen Frischlufttemperatur,
gemessen durch den Temperaturfühler 35 und Abgastemperatur, gemessen durch den Temperaturfühler
36. Da man davon ausgehen kann, daß eine optimale Verbrennung zu der Maximierung
der Temperaturdifferenz zwischen Frischluft und Abgas führt, steuert der Regler
34 der Bypaßklappe 32 in eine solche Stellung, die zu einer maximalen Temperaturdifferenz,
gemessen von den Temperaturfühlern 35 und 36 führt. Bei höherer Luftzahl sinkt nämlich
die Temperaturdifferenz infolge der Abkühlung der Abgase durch zuviel Frischluft,
im Falle des zu kleinen Luftüberschusses sinkt die Abgastemperatur auch weil die
Verbrennung durch sich bildendes Kohlenmonoxyd unvollständig wird.
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Beim Gerät, das der Schaltung nach Figur drei zugrundeliegt, ist hinter
dem Magnetventil im Zuge der Brennstoffleitung ein Wassermangelsicherungsventil
vorgesehen, das auf Wasserdurchsatz anspricht.
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Die elektrische Schaltung für die Steuerung der Stellung der Bypaßklappe
geht aus der Figur drei hervor: Innerhalb der Ummantelung ist ein Montageblech 40
vorgesehen, an dem ein Einsatz 41 befestigt ist. Montageblech und Einsatz dienen
dazu, einen gasdichten Anschluß des Heizschachtes 25 an das Abgasrohr 13 zu bewirken.
Im Einsatz 41 sind zwei Durchbrüche 42 und 43 unterschiedlichen Querschnitts vorgesehen.
Beide Durchbrüche können von je einer Bypaßklappe 32 bzw. 32a mehr oder weniger
verschlossen werden, so daß die beiden Bypaßklappen 32 bzw. 32a dieselbe Wirkung
besitzen wie das Ventil 32 in Figur eins bzw.
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die einzige Bypaßklappe 32 in Figur zwei.
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Angelenkt sind die beiden Klappen an je einem Hebel 44 und 45, die
durch das Montageblech 40 mittels je eines Gelenkes 46 gasdicht aber beweglich durchgeführt
sind. An der anderen Seite des Hebels 44 bzw. 45 greift eine Stellstange 47 bzw.
48 gegen die Rückstellkraft einer Feder 49 bzw. 50 an. Die Stellstangen 47 bzw.
48 werden entweder von einem Hubmagneten 51 oder einem Getriebemotor 52 betätigt.
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Beide Bypaßklappen 32 bzw. 32a korrespondieren mit Stellungsrückmeldekontakten
53 bzw. 54.
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Ausgangsseitig des Reglers 34, der von einer Wechselspannungsquelle
55 gespeist ist, ist die Regelspannung auf Leitungen 56 und 57 gegeben, die mit
dem Brennstoffmagnetventil 23 verbunden sind. Die Regelspannung liegt gleichzeitig
auf einer Leitung 58, die mit zwei Mikroschaltern 59 und 60 parallel verbunden ist.
Der Ausgang jedes der beiden Mikroschalter führt über eine Leitung 61 bzw. 62 zum
Hubmagneten 51 bzw.
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zum Getriebemotor 52. Die jeweils anderen Seiten des Hubmagneten 51
bzw des Getriebemotors 52 sind über je eine Leitung 63, die mit der Leitung 57 verbunden
ist und 64 mit einer Wicklung 66 bzw. 65 eines Relais 67 bzw. 68 verbunden. Beide
Relais 67 und 68 weisen Umschaltkontakte 70 und 69 auf. Der eine Kontakt des Umschalters
69 ist über eine Leitung 7 mit dem einen Kontakt des Stellungsmeldekontaktes 54
verbunden, der andere Kontakt des Umschalters 69 ist über eine Leitung 72 mit dem
anderen Kontakt des Stellungsmeldekontaktes 54 verbunden. Analog sind die beiden
Kontakte des Umschalters 70 über je eine Leitung 73 bzw. 74 mit den beiden Kontakten
des anderen Stellungsmeldekontaktes 53
verbunden. Das Kontaktstück
des Umschaltkontsktes 69 ist über eine Leitung 75 mit dem UmschalFkor,tEkktstütk
des Rückmeldekontaktes 53 verbunden. Das Kontaktstück des Umschaltkontaktes 70 ist
über eine Leitung 76 mit einer Pumpe 77 verbunden, deren anderer Anschluß 78 an
MP liegt.
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Die Mikroschalter 59 und 60 sind noch über eine Leitung 79 bzw. 80
mit den anderen Seiten der Wicklungen 66 bzw. 65 der Relais 67 bzw.
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68 verbunden. Weiterhin ist die Leitung 57 mit der Leitung 63 bzw.
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mit der Leitung 64 verbunden. Der Hubmagnet 23 weist eine Stellstange
81 auf, die einmal einen nicht dargestellten Ventilkörper des Magnetventils 23 betätigen
kann, zum anderen betätigt die Stellstange 81 die Mikroschalter 59 bzw. 60, und
zwar nacheinander.
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Mit wachsendem Ausfahrhub der Stellstange 81 wird zuerst der Mikroschalter
60, anschließend der Mikroschalter 59 betätigt. Im Ruhezustand sind beide Mikroschalter
59 bzw. 60 offen. Das Kontaktstück 54 ist mit R verbunden.
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Wird Wärme angefordert, beispielsweise durch einen Temperaturfühler
der Vorlaufleitung 6 oder einen Raumthermostaten, so erhält der Regler 34 über einen
entsprechenden Meßfühler 82 ein Eingangsimpuls.
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Durch den Regler wird in nicht dargestellter Weise der Motor des Gebläses
20 an Spannung gelegt U erschreten des Mindestluftdurchsatzes, gemessen Vom Differenzdrucmesser
18, gibt dieser den Regler für weitere Stellbefehle frei. Die Bypaßklappen 32 bzw.
32a, die im Ruhezustand unter der Wirkung der Federn 49 bzw. 50 offen
sind,
bewirken eine Umwälzung dfs gesamten Luftstromes, der durch das Gebläse 20 gefördert
ist, durch die iteuerstätte 21.
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Nach Maßgabe der von den Temperaturfühlern 35 bzw. 36 gemessenen Lufttemperaturen
und der Wärmeanforderung durch den Fühler 82 wird eine bestimmte Regelspannung auf
den Leitungen 56 und 57 stehen, der ein bestimmter Stellhub der Stellstange 81 des
Magnetventils 23 proportional ist. Bei ausfahrender Stellstange 81 wird neben dem
öffnen des Brennstoffventils auch eine Betätigung - je nach Größe des Stellhubs
- der Mikroschalter 59 und 60 geschehen. Im dargestellten Fall - Teillast - wird
der Mikroschalter 60 betätigt sein, so daß Spannung des Reglerausgangs oder in einem
anderen Ausführungsbeispiel durchgeschaltete Netzspannung über die Leitungen 58
und 62 am Getriebemotor 52 stehen. Der Stromkreis ist über die Leitungen 64 und
57 geschlossen. Der Getriebemotor läuft an und schließt über seine Stellstange 48
und den drehbeweglichen Hebel 44 die Bypaßklappe 32.
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Parallel zum Getriebemotor 52 ist aber auch das Relais 65 erregt,
das über die Leitungen 64 und 80 an Spannung liegt. Das Relais betätigt den Umschaltekontakt
69, so daß die Netzklemme R mit der Pumpe 77 verbunden ist. Die Pumpe läuft an,
der Pumpendruck beaufschlagt das Wassermangelventil. Somit kann Brennstoff zum Brenner
gelangen und entzündet werden. Je nach Brennstoffdurchsatz wird die eine oder beide
Bypaßklappe(n) geöffnet oder geschlossen sein, um eine optimale fliftzahl zu erreichen.
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