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Bezeichnung:
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Verfahren und Vorrichtung zur Aussteuerung des Kaminzuges bzw.
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der Unterdruckverhältnisse im Brennerraum eines Heizkessels.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aussteuerung des
Kaminzuges bzw. der Unterdruckverhältnisse im Brennerraum eines Heizkessels zur
optimalen Wärmeausnutzung der von einem Brenner erzeugten Heizgase mittels einer
verschwenkbaren Rauchgasklappe. Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf einen
Rauchgasklappenregulator zur Durchführung dieses Verfahrens, bei dem die Rauchgasklappe
in einem Rohransatz bzw. Rohreinsatz für den Rauchgaszug befestigt ist und über
einen Betätigungsmechanismus verschwenkbar ist.
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Um einen hohen Wirkungsgrad der Heizungsanlage zu erhalten, ist es
zunächst nötig dafür zu sorgen, daß der Wirkungsgrad des Heizkessels günstig ist,
also ein Großteil der eingesetzten Energie des Heizmediums in Heizwasserwärme umgesetzt
wird. Die Höhe des Kesselwirkungsgrades hängt dabei davon ab, wieviel Wärme von
den Abgasen durch den Schornstein entweicht, und wie hoch die Abstrahiverluste des
Kessels sind.
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Gemäß z. Zt. geltender gesetzlicher Bestimmungen aürfen Heizanlagen
mit einer Ölheizung von 4 bis 25 Kilowatt höchstens 16% Abgasverluste aufweisen.
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HOhe Abgasverluste ergeben sich insbesondere bei hohen Abgastemperaturen
beispielsweise
über 2ovo0 Celsius, die zum einen sich bei einem verschmutzten Kessel ergeben, zum
anderen aber auch auf einen zu hoch eingestellten Brennstoffdurchsatz beruhen können,
wobei der Brenner mehr Wärme erzeugt, als das Heizwasser im Kessel aufnehmen kann.
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Mit Hilfe bekannter Rauchgasklappenregulatoren läßt sich nun die Heizungsanlage
mit längeren Stillstandzeiten des Brenners betreiben wobei durch Schließen der Rauchgasklappe
während der Stillstandzeit des Brenners ein Abzug von heißen Abgasen durch den Rachgasabzug
verhindert wird.
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Bei geeigneter Abstimmung der Verschluß- und Öffnungszeiten der Rauchgasklappe
auf die Brennerleistung und Belüftung läßt sich dabei eine optimale Wärmeausnutzung
der von einem Brenner erzeugten Heizgase erzielen, wobei bei einer Einschaltung
des Brenners durch rechtzeitige Öffnung der Rauchgasklappe kesselseitige Anfahrwiderstände
sich durch einen geeignet hohen Ventilatordruck leicht überwinden lassen.
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Die Aussteuerung derartig bekannter Rauchgasklappenregulatoren erfolgt
über Thermostate, wobei die Verstellung der Rauchgasklappen über Magnetventile oder
Stellmotore erfolgt.
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Derartige bekannte Rauchgasklappenregulatoren sind somit insoweit
nachteilig, als sie die Verwendung besonderer Thermostate und stromabhängiger Schalt-
und Regelvorrichtungen voraussetzen,so daß sie in der Herstellung aufwendig und
insbesondere im Betrieb insofern nachteilig sind, als bei plötzlichem Stromausfall
nicht garantiert ist, daß die Rauchgasklappe in ihre völlig geschlossene Stellung
verschwenkt ist.
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Es besteht daher die Aufqabe,ein Verfahren zur Aussteuerung deb Kaminzuges
bz. der UrtErdruckverhältnisse im Brennerraum eines Heizkessels zu schaffen, bei
dem eine einfachere und sicherere Aussteuerung des Kaminzuges bzw. der Stellung
der Rauchgasklappe möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren
zur Aussteuerung des Kaminzuges mittels einer verschwenkbaren Rauchgasklappe nach
der eingangs genannten Art vorgesehen, daß bei einem Brenner mit einer Pumpe für
die Zufuhr des Heizmediums die Verstellung der Rauchgasklappe über einen odere mehrere
Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder erfolgt, die über den Druck der Brennerpumpe zu
Beginn oder in einem Zeitpunkt vor der vorgeschriebenen Vorbelüftung des Brenners
beaufschlagt und durch den Druckabfall beim Abschalten des Brenners entlüftet werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt somit die Aussteuerung des Rauchgasklappenregulators
nicht mehr über ein Thermostat sondern unmittelbar über den Druckanstieg und Druckabfall
an der Heizmittelpumpe des Brenners, wie beispielsweise einer Ölpumpe für den Heizkessel
einer Ölfeuerungsanlage. Es hat sich dabei gezeigt, daß mittels der durch die Pumpe
aufgebauten Drücke von beispielsweise 6 bar sich Stellkräfte bei einem Zylinderkolbendurchmesser
von 20 mm in der Größenordnung von 19 kp erreichen lassen, wobei bei einer handlichen
Abmessung der SteLlzylinder das Öffnen der Rauchgasklappe verglichen mit den vorgeschriebenen
Vorbelüftungszeiten des Brenners bei herkömmlichen Heizkesseln bzw. Ölbrennern in
einer relativ kurzen Zeit erfolgen kann. So ist bei einem Ausführungsbeispiel bei
einer vorgeschriebenen Vorbelüftungszeit des Heizkessels von 1o sec. ein Öffnen
der Rauchgasklappe über einen von der Pumpe eines Ölbrenners beaufschlagten Hydraulikzylinder
innerhalb von 2 sec. möglich. Insofern brauch aufgrund dieser relativ kurzen Stellzeit
die vom Hersteller des Heizkessels vorgesehene Vorbelüftungszeit im allgemeinen
nicht verlängert zu werden. Vielmehr läßt sich der kesselseitige Anfahrwiderstand
auch durch hohen Ventilatordruck, wie im allgemeinen üblich, mühelos überwinden.
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Da für das Schließen der Rauchgasklappe nach Aussetzen des Brenners
durch die Funktion des Ölbrenners bedingte kurze Stellzeiten nicht einzuhalten sind,
sondern es nur gilt den Abzug der erzeugten heißen Abgase ins Freie während des
Stillstands des
Brenners weitgehend zu verhindern, läßt sich ein
Schließen der Rauchgasklappe durch den bloßen Druckabfall beim Abschalten des Brenners
und der dabei zur Wirkung kommenden Rückstellmittel wie Druckfeder, Gegengewichte
und dergl. auch in einer längeren Stellzeit von beispielsweise 3o sec. bewirken.
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Da somit gem. dem erfindungsgemäßen Verfahren die Rauchgasklappe jeweils
nur aus ihrer Schließstellung beim Brennerstillstand in eine Schräglage im Rauchgaszug
beim Brennerbetrieb verschwenkt bzw. gedreht wird, wobei diese Aussteuerung unabhängig
von einem Thermostat oder von durch Strom zu speisende Magnetventile bzw. Stellmotore
erfolgt, befindet die Rauchgasklappe sich immer in ihrer notwendigen Schließ- bzw.
Öffnungsstellung gem. dem Betriebszustand des Brenners.
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Die Funktion des erfindungsgemäßen Rauchgasklappenregulators ist damit
äußerst betriebssicher und ohne größeren Aufwand.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitenden Rauchgasklappenregulators besteht darin, daß dieser verglichen
mit den herkömmlichen Rauchgasklappenregulatoren in der Herstellung bedeutend billiger
ist.
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Obwohl die Rachgasklappe sich nach Stillstand des Brenners nicht in
einer kurzen Stellzeit schließen läßt, ergibt sich trotzdem eine bedeutende Verringerung
der Abgasverluste von beispielsweise 15°ó. Das nicht sofortige Schließen der Rauchgasklappe
ist dabei offensichtlich insofern von Vorteil, als zunächst anstehende äußerst heiße
Rauchgase ins Freie gelangen können und somit nicht zu heiße Abgase im Heizkessel
während der Stillstandszeit des Brenners eingeschlossen werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aussteuerung
des Kaminzuges bzw. der Unterdruckverhältnisse im Brennerraum eines !deizkessels
mittels einer verschwenkbaren Rauchgasklappe ist erfindungsgemäß ein Rauchgasklappenregulator
vorgesehen mit einer in einem Rohransatz bzw. -einsatz für den Rachgasabzug befestigten
Rauchgasklappe, welche über einen Betätigungsmechanismus verschweEnkbar ist, wobei
erfindungsgemäß der
Betätigungsmechanismus zum Öffnen der Rachgasklappe
einen oder mehrere Hydraulik- bzw. Pneumatik-Stellzylinder aufweist, und zum Schließen
der Rauchgasklappe gegen die Stellzylinder wirkende mechanische Rückstellmittel
in Form einer Druck feder oder eines an einem Hebel der Stellzylinder und der Schwenkachse
der Rauchgasklappe befindlichen gewichtes.
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Da die Hydraulik-bzw. Pneumatik-Stellzylinder des Rauchgasklappenregulators
lediglich durch den sich auf- und abbaucrden Druck der Heizmittelpumpe des Brenners
beaufschlagt und ausgesteuert werden, ergibt sich bei einem konstruktiv einfachen
Aufbau des Regulators ein auch unter den ungünstigsten Betriebsverhältnissen einwandfreies
Öffnen und Schließen der Rauchgasklappe.
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Sofern beispielsweise der Strom für den Betrieb der Ölpumpe und des
Ulbrenners ausfällt, werden automatisch durch den sich ergebenden Druckabfall die
Stellzylinder entlüftet, so daß sie über die ihren Hub entgegenwirkenden Druck feder
oder Auslenkgewichte in ihre Ausgangsstellung und damit die Rauchgasklappe in ihre
Schließstellung gebracht werden.
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Obwohl im allgemeinen Lager- und Abschlußdeckeldes Stellzylinders
durch Rollieren das Zylinderagregat druckdicht abschließen, kann insbesondere bei
längeren Betriebszeiten die Verwendung eines doppeitwirkenden Stellzylinders von
Vorteil sein, wobei dessen eine Kolbenseite druckseitig und dessen andere Kolbenseite
saugseitig von der Heizmittelpumpe beaufschlagt wird. Auf diese Weise lassen sich
dann alle Leckverluste im Stellkolben durch Rückführung zur Pumpe verhindern.
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Vorteilhafte Ausführungsarten des Betätigungsmechanismuses zur Verschwenkung
der Rauchgasklappe, insbesondere mit geringen Abmessungen und geringen Stellwegen
der Hydraulik- bzw. Peumatikzylinder ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen
und den anhand der mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im folgenden erläuterten
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Rauchgasklappenregulatoren.
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In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 Die Seitenansicht eines Rauchgasklappenregulators
mit einem Rohrstück, das in oder auf den Rauchgaszug schiebbar ist und im Innern
die Rauchgasklappe schwenkbar gelagert aufnimmt, wobei seitlich der im wesentlichen
aus einem doppeltwirkenden Stellzylinder und aus einem den Zylinder in seine Ausgangslage
bei Entlüftung zurückdrückenden Gegengewicht bestehende Betätigungsmechanismus angeordnet
ist, und Figur 2a 2b einen abgeänderten Betätigungsmechanismus eines Rauchgasklappenregulators
unter Verwendung eines einfach wirkenden Stellzylinders, der mit seiner Kolbenstange
auf einen seitlich eine Verzahnung aufweisenden Stellkolben wirkt, der seinerseits
ein Ritzel zum Drehen der Rauchgasklappe betätigt und zwar in einer Draufsicht gem.
Figur 2a und in einer Seitenansicht in Richtung auf die Öffnung des Rauchgaszuges
gem. Figur 2b teilweise im Schnitt.
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Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform eines Rauchgasklappenregulators
(1) gem. der vorliegenden Erfindung weist einen doppeltwirkenden ölhydraulischen
Stellzylinder (3) auf, von dem in der Zeichnung nur der obere Teil des Zylindergehäuses
und die an einem einseitigen Hebel (6) angelenkte Kolbenstange (9) zu erkennen ist.
Der eigentliche Zylinderkolben und die zur Beaufschlagung des Stellzylinders verwendete
Ölpumpe befinden sich dabei in dem Abschnitt unterhalb des in der Figur 1 dargestellten
Teils des Betätigungsmechanismusses des R æ hgasklappenregulators.
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Die Verwendung des doppeitwirkenden Stellzylinders erlaubt dabei einerseits
eine Beaufschlagung des Stellzylinders vor bzw. unmittelbar bei der Vorbelüftung
des ölbrenners und eine Entlüftung des beaufschlagten Zylinderraumes bei Abschaltung
des Ulbrenners, so daß der Stellzylinder durch geeignete mechanische Rückstellmittel
wie das Gewicht () in der Ausführungsform gem. Figur 1 wieder in seine Ausganqssteilng
bringbar ist. Der zweite Zylinderraum des doppeiwirkenden Stellzylinders dient dabei
nicht zur eigentlichen Beaufschl,-gung bzw. Verstellung des Stellzylinders bzw.
dessen Kolben sondern zum Anschluß einer Saugleitung (20) der (Ilompe, so daß sich
während des Betriebes des Rauchgasklappenregulators ergebende Leckverluste an Öl
zur Ölpumpe unmittelbar zurückführen lassen.
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Die Druckgebung auf den Stellzylinder (3) zum Öffnen der Rauchgasklappe
(2) durch die ölpumpe erfolgt dabei in der Ausführungsform gem. Figur 1 unmittelbar
zu Beginn der vorgeschriebenen Vorbelüftungszeit des Ölbrenners, welche bei dem
verwendeten Heizkessel 1o sec. betrug. Dies ist möglich, da die Öffnungszeit für
die Rauchgasklappe bei dem erfindungsgemäßen Rauchgasklappenregulator weniger als
2 sec. beträgt, insofern also die vorgeschriebene Vorbelüftungszeit nicht wesentlicn
verkürzt wird. Der Kolbendurchmesser des verwendeten Stellzylinders (3) beträgt
dabei 2 cm, die Hublänge des Stellzylinders 14 cm und der auf den Stellzylinder
einwirkende öldruck 6 bar, wobei sich eine Stoßkraft von etwa 19 kp ergibt.
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Wesentlich zur Erreichung dieser kurzen Stellzeit zum Öffnen der Rauchgasklappe
ist dabei die Einleitung der Stoßkraft der Kolbenstange (9) zur Drehung bzw. zur
Schwenkung der Rauchgasklappe (2) über einen längeren einseitigen Hebel (6) von
etwa 14 cm, wobei dieser Hebel mit der Achse (7) der Rauchgasklappe starr verbunden
ist und die Anlenkung der Kolbenstange (9) an diesem Hebel über ein Kugelgelenk
(15) etwa in 12 cm Entfernung von der Lagerung der Schwenkachse (7) erfolgt. Da
die Ausrichtung der Kolbenstange~(9) gegenüber dem Hebel (6) über den
größten
Teil des Hubes des Zylinders (14 cm) etwa senkrecht ist, ergibt sich ein optimales
Drehmoment aufgrund der von der Kolbenstange (9) aufgebrachten Stoßkraft.
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Die Lagerung des Stellzylinders (3) erfolgt dabei gem. der Ausführungsform
nach Figur 1 über ein durch eine Halterung an dem Anschlußstück (14) für den Rauchgaszug
gebildetes Schwenklager (13), wobei das Ende des Stellzylinders (3) am Gehäuseende
ein Zapfenpaar (11,12) aufweist, mit dem der Stellzylinder im Schwenklager (13)
gelagert ist. Auf diese Weise ist es möglich, daß das Gehäuse des Stellzylinders
während der Verschwenkung des Hebels (6) bzw. der Rauchgasklappe (2) mit der Verstellung
der Kolbenstange (9) einer sich ergebenden Drehbewegung nachgehen kann.
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Die Verwendung des Kugelgelenkes (15) zum Anlenken der Kolbenstange
(9) ermöglicht dabei eine einwandfreie Funktion des Betätigungsmechanismu æ s auch
bei nicht genauer Ausrichtung und Führung der einzelnen Hebel und Führungsteile,
so daß es nicht zu einem Blockieren des Betätigungsmechanismues kommen kann.
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Über einen am Ende des Hebels (6) angebrachten Auslegearm (1o) wirkt
dabei das am Ende des Hebels (6) längserschiebliche und festlegbare Gewicht (5)
auf die Kolbenstange (9), so daß einerseits in 3her Stellung des Zylinderkolbens
(3) das Zapfenpaar (11,12) im Schwenklager (13) sicher gehalten wird und andererseits
bei Entlüftung des durch den Öldruck der ölpumpe beaufschlagten Zylinderraumes die
Kolbenstange (9) in ihre ursprüngliche Ausgangslage zurückgedrücktwird und damit
die Rauchgasklappe (2) in dem Rohransatz (14) für den Rauchgaszug gegen den Rauchgasklappenhalter
(19) am Umfang des Rohransatzes (14) zur Anlage und damit in ihre Schließstellung
kommt. Zur Einstellung der Lage der Rauchgasklappe gegenüber dem Schwenkhebel (6)
bei Rückstellung des Stellzylinders (3) in ihre Ausgangslage dient dabei eine Feststellschraube
für die Schwenkachse (7).
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Wesentlich für die Funktion des Rauchgasklappenregulators ist
desweiteren,
daß der Hub des Zylinderkolbens (9) derart einstellbar ist, daß eine geeignete Öffnungsstellung
der Rauchgasklappe während des Betriebes erreichbar ist, und damit der Zug des Kaminzuges
ggfls. durch Schrägstellung der Rauchgasklappe im Betriebszustand reduzierbar ist.
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Aus diesem Grunde ist die Kolbenstange (9) in C Kugelgelenk (15) über
ein auf die Kolbenstange aufdrehbares Ansatzstück eingelenkt.
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Zur Erzielung eines möglichst günstigen Drehmomentes ist es dabei
von Vorteil, wenn zur Anlenkung der Kolbens; nge (9) an dem Hebel (6) verschiedene
Bohrungen bzw. Anschlußmöglichkeiten für das Kugelgelenk (15) vorgesehen sind.
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Die sich bei Entlüftung des Stelizylinders (3) ergebende Schließzeit
beträgt dabei etwa 30 sec. bei einem Gewicht (5) in der Größe von 2 kg und einem
Abstand von der Kolbenstange (9) von 23 cm.
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Der Einbau der Rauchgasklappe in dem Rauchgaszug des Heizkessels erfordert
natürlich insbesondere bei gegenüber der Vorbelüftungszeit des Brenners nicht zu
vernachlässigenden Stellzeiten des Rauchgasklappenregulators zum Öffnen der Rauchgasklappe
eine Einstellung des Brenners, beispielsweise eine Verlängerung der inste lun Vorbelüftungszeit
un des ren stoffdurchsatzes bzw. der Ventilatorleistung.
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Der in Figur 1 erkennbare Rohransatz (14), in welchem die Rauchgasklappe
(2) über die Schwenkachse (7) drehbar gelagert ist, ist derart ausgebildet, daß
im linken Teil der Ansatz auf das Rohr des Rauchgaszuges aufschiebbar ist und daß
der Ansatz mit seinem rechten Teil in das sich anschließende Rohrstück des Rauchgasabzuges
einschiebbar ist. Eine derartige Ausbildung des Rohransatzes erübrigt die Verwendung
sonst üblicher Rohrschellen, mit denen es möglich ist, bei gleichem Außendurchmesser
des Rohransatzes (14) und der Rohrstücke des Rauchgaszuges diese
von
außen miteinander zu verbinden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil einer derartigen
erfindungsgemäßen Rohransatzhalterung besteht darin,daß der Rohransatz fest im Rohr
des Rauchgaszugg verankert ist und somit eine Lagerung des Betätigungsmechanismuses
des erfindungsgemäßen Rauchgasklappenregulators über den Rauchgaszug möglich ist.
(Länge des linken Teiles des Rohransatzes 4,5 cm und des rechten Teils 11 cm bei
einem Durchmesser des Rohransatzes von 15,5 bzw. 16 cm).
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Der in Figur 2a und 2b dargestellte Betätigungsmechanismus einer weiteren
Ausführungsform(1 )des Rauchgasregulators eignet sich insbesondere, wenn nur begrenzte
Raumverhältnisse zur Anbringung des Rauchgasklappenregulators zur Verfügung stehen.
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In der Draufsicht nach Figur 2a ist der Rohransatz (14 ) in Längsschnitt
gezeigt, wobei in dem Rohransatz die Rauchgasklappe (2-) in ihrer Schließstellung
in Anlage an dem;Julstähnlichen Rauchgasklappenhalter (19-) am Innen umfang der
Wandung des Rohransatzes dargestellt ist.
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Die Schwenkachse (7-) der Rauchgasklappe verläuft in Figur 2a senkrecht
zur Zeichenebene und ist an ihrem oberen Ende mit einem Ritzel (8) versehen, welches
mit der Zahnung (18) eines Stellkolbens (17) kämmt , welcher über einen einseitigen
Stellzylinder (3 ) in Längsrichtung der Halterung (16) verschoben wird.
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Der Zylinder (3-) ist dabei ein einfach wirkender Stellzylinder, wobei
dessen Zylinderkolben durch eine Druckfeder, welche die Kolbenstange umgibt, bei
Entlüftung wieder in die Ausgangslage gedrückt wird. Diese Rückstellung wird durch
eine weitere Druckfeder (4) in der Führung (16) des Stellkolbens (17), welcher die
Verzahnung (18! trägt, verstärkt, wobei die Verstellung des Stellkolbens (17) durch
einen Schraubenanschlag im oberen Bereich der Führung (16) begrenzbar ist.
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Der Stellzylinder (3) ist dabei ebenso wie die Halterung (16)
über
geeignete Lagerungsmittel und Konterschrauben ortsfest gegenüber der Rauchgasklappe
bzw. deren Rohransatz gelagert.
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Insofern ist innerhalb der Halterung (16) für den Stelikolben (17)
nur dieser Stellkolben und die Kolbenstange (9-) des Stellzylinders (3-) verschiebbar.
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Für die Verzahnung (18) des Stellkolbens (17; ist seitlich in der
Wandung der Führung (16) zum Ritzel (8) hin ein Längsschlitz offengelassen, so daß
die Verzahnung (18) seitlich aus der Führung (16) herausragt und dort mit dem Ritzel
(3, in Eingriff gelangen kann.
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Der Hub des Stellkolbens (3-) beträgt im Gegensatz zu dem Hub des
Stellkolbens (3) gem. der Ausführungsform nach Figur 1 lediglich 4 cm. Entsprechend
kürzer ist die sich ergebende Stellzeit zur Öffnung der Rauchgasklappe bei hydraulischer
Beaufschlagung des Kolbens.Andererseits ist die sich ergebende Schließzeit der Rauchgasklappe
bzw. Rückstellzeit des Stellkolbens (3 ) aufgrund der lediglich wirkenden Druckfedern
44) bzw. der Druckfeder im Stellkolben etwas länger als 30 sec.
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