DE3542132C3 - Vorrichtung zur Anzeige des Zustands eines Heizkessels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige des Zustands eines Heizkessels der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Infolge steigender Energiepreise hat eine Überwachung von Heizkesseln hinsichtlich wirtschaftlicher Betriebsführung in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Auch zur Verhinderung vermeidbarer Schadstoffemissionen ist eine Überwachung von Brennern erforderlich.

Bekannt ist aus der DE-OS 27 53 485 und der DE-OS 27 53 498, daß man durch Messung der Rauchgastemperatur und Bestimmung des Kohlendioxid- oder Sauerstoff-Gehaltes im Rauchgas und eine rechnerische Verknüpfung dieser Meßwerte den Wirkungsgrad eines Heizkessels anzeigen kann.

Aus der CH-PS 5 78 712 ist außerdem bekannt, daß man das Signal einer Sauerstoffsonde auf der Basis von Zirkondioxid, welche den Sauerstoffgehalt des Rauchgases dauernd mißt, direkt zur Steuerung des Verbrennungsprozesses verwenden kann.

Den bekannten Methoden haftet der Nachteil an, daß ihre Realisation mit großen Kosten verbunden ist und daß insbesondere die Messung des Sauerstoff- oder Kohlendioxid-Gehaltes im Rauchgas verschiedene Probleme aufwirft, vor allem hinsichtlich Wartungsfreundlichkeit, wie sie für private Heizungs- und Warmwasserversorgungsanlagen verlangt werden muß. Deshalb werden diese Methoden bei Kleinsystemen nicht angewendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine auch dem Laien verständliche Aussage über die Wirtschaftlichkeit des Betriebes eines Heizkessels möglich ist.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dem Lösungsgedanken liegen die folgenden Überlegungen zugrunde: Der Wirkungsgrad eines Heizkessels wird von verschiedenen Faktoren beeinflußt.

Eine höhere Kesseltemperatur ϑ_K führt tendenziell zu höherer Rauchgastemperatur ϑ_R. Dabei hängt es von der Kesselbauart ab, wie groß der Einfluß der Kesseltemperatur ϑ_K auf die Rauchgas­ temperatur ϑ_R ist. Untersuchungen haben gezeigt, daß es zweckmäßig ist, den Bauart-Einfluß durch einen mit der Kesseltemperatur ϑ_K zu multiplizierenden Faktor β zu berücksichtigen.

Steigt die Rauchgastemperatur ϑ_R an, so ist das ein Anzeichen da­ für, daß mehr Wärme durch den Schornstein verloren geht. Unter­ suchungen haben gezeigt, daß ein Fallen der Zulufttemperatur ϑ_L einen Anstieg der Rauchgastemperatur ϑ_R bewirkt. Ein Ansteigen der Rauchgastemperatur ϑ_R aufgrund eines Abfalls der Zulufttem­ peratur ϑ_L kann aber nicht stets als Indiz für einen schlechten Betriebszustand des Kessels bzw. Brenners angesehen werden. Es ist deshalb vorteilhaft, für die Beurteilung des Zustandes eines Heiz­ kessels nicht nur die Rauchgastemperatur ϑ_R mit der Kesseltem­ peratur ϑ_K in Beziehung zu setzen, sondern zusätzlich auch noch die Zulufttemperatur ϑ_L zu berücksichtigen. Bei Messungen hat sich herausgestellt, daß eine Änderung der Zulufttemperatur ϑ_L um einen bestimmten Betrag b nicht zu einer Änderung der Rauchgas­ temperatur ϑ_R um den gleichen Betrag b führt. Es ist dann noch ein Faktor α zu berücksichtigen, der von der Bauart der Kesselanlage abhängig, für die einzelnen Kesseltypen aber konstant ist.

Die Kesselzustandstemperatur Θ wird wie folgt definiert:

Θ = ϑ_R + α · ϑ_L - β · ϑ_K

Für jeden Kessel- und Brennertyp kann eine optimale Kesselzu­ standstemperatur Θ_opt ermittelt werden.

Im stationären Zustand, das heißt nach Beendigung der ersten Aufheizphase nach dem Einschalten des Brenners, soll die Kesselzustandstemperatur Θ möglichst genau diesem Optimalwert Θ_opt entsprechen. Ist der Kessel abgeschaltet oder im Aufheizbetrieb, so ist Θ grundsätzlich kleiner als Θ_opt. Alle Veränderungen am Kessel, - Änderung des Luftverhältnisses durch Verstopfen von Brennerdüse oder Zuluftkanal, Rußbelag usw. -, führen innert kurze Zeit zum Anstieg der Kesselzustandstemperatur Θ über den Wert von Θ_opt. Die Überschreitung von Θ_opt kann deshalb als Merkmal für einen Betrieb des Kessels mit schlechtem Wirkungsgrad angesehen werden; sie soll deshalb dem Anlagenbetreiber signalisiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild,

Fig. 2 ein weiteres Blockschaltbild.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung, mit der die Rauchgastemperatur ϑ_R mit der Zulufttemperatur ϑ_L und der Kesseltemperatur ϑ_K in Beziehung gesetzt wird. Ein erster Meßfühler 1 gibt ein der Rauchgastemperatur ϑ_R entsprechendes elektrisches Signal ab, ein zweiter Meßfühler 2 ein der Zulufttemperatur ϑ_L entsprechendes Signal und ein dritter Meßfühler 3 ein der Kesseltemperatur ϑ_K entsprechendes Signal. Das vom Meßfühler 2 stammende Signal der Zulufttemperatur ϑ_L wird in einem ersten Verstärker 4 um einen ersten Bauartfaktor α verstärkt. Das vom Meßfühler 3 stammende Signal der Kesseltemperatur ϑ_K wird in einem zweiten Verstärker 5 um einen zweiten Bauartfaktor β verstärkt. Die Signale von den Ausgängen des Meßfühlers 1 und den Verstärkern 4 und 5 werden drei Eingängen einer Summierschaltung 6 zugeführt. In der Summierschaltung 6 wird ein Ausgangssignal gebildet, daß der Größe des Signals des Meßfühlers 1 zuzüglich dem Signal des Verstärkers 4 abzüglich dem Signal des Verstärkers 5 proportional ist. Durch diese Anordnung entsteht am Ausgang der Summierschaltung 6 ein Signal, das aus der Rauchgastemperatur ϑ_R, der Zulufttemperatur ϑ_L, der Kesseltemperatur ϑ_K und den beiden Bauartfaktoren α und β gemäß der Formel

Θ = ϑ_R + α · ϑ_L - β · ϑ_K

gebildet ist.

Das am Ausgang der Summierschaltung 6 anstehende, die Kesselzustandstemperatur Θ repräsentierende Signal wird einer Anzeigevorrichtung 7 zugeführt. Die Anzeigevorrichtung kann ein beliebiges Anzeigeinstrument sein. Es kann sich dabei um ein Analoginstrument handeln. Um dem Betreiber eines mit einer solchen Erfindung ausgestatteten Heizkessels eine klare Aussage über den Kesselzustand zu geben, ist es von Vorteil, wenn auf dem Analoginstrument die Bereiche "gut" und "schlecht" gekennzeichnet sind. Der Betreiber braucht dann kein Fachwissen, um den Zustand des Heizkessels zu erfahren.

Es kann vorteilhaft sein, nicht die Größe der Kessel­ zustandstemperatur Θ anzuzeigen, sondern aus ihr ein Signal abzuleiten, das nur dann auftritt, wenn die Kesselzustandstemperatur Θ einen bestimmten einstellbaren Grenzwert überschreitet. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 2 gezeigt. Das von der Summierschaltung 6 kommende Signal gelangt an einen ersten Eingang eines Komparators 8 und wird in diesem verglichen mit dem von einer Grenzwert-Einstellvorrichtung 9 abgegebenen Signal. Das vom Komparator 8 abgegebene Signal wird der Anzeigevorrichtung 7 zugeführt. Die Anzeigevorrichtung 7 kann eine beliebige optische oder akustische Warneinrichtung sein, beispielsweise eine lichtemittierende Diode. Die Kesselzustandstemperatur Θ wird also mit einem einstellbaren Grenzwert verglichen. Wenn die Kesselzustandstemperatur Θ größer ist als ein eingestellter Grenzwert, der die optimale Kesselzustandstemperatur Θ_opt repräsentiert, so wird das durch das Ansprechen der Anzeigevorrichtung 7 signalisiert, im Falle, daß die Anzeigevorrichtung 7 eine Leuchtdiode ist, durch Aufleuchten dieser Leuchtdiode. Dies bedeutet dann, daß der Wirkungsgrad des Kessels infolge eines ungünstigen Kesselzustands schlecht ist, so daß Kessel und Brenner einer Revision unterzogen werden sollten.

Wenn bei bereits bestehenden Heizungsanlagen eine solche Einrichtung zur Anzeige der Kesselzustandes nachgerüstet werden soll, so kann es vorteilhaft sein, den ohnehin vorhandenen Meßfühler für die Kesseltemperatur ϑ_K für den neuen Zweck heranzuziehen. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, als Meßfühler für die Rauchgastemperatur ϑ_R und für die Zulufttemperatur ϑ_L solche des gleichen Typs wie der Meßfühler für die Kesseltemperatur ϑ_K anzuwenden, also zum Beispiel Widerstandsfühler oder Thermoelemente.

Bei Zentralheizungsanlagen für kleine und mittlere Wärmeleistungen ist es üblich, daß der Kessel in einem Raum eines bewohnten Hauses, zum Beispiel im Keller, aufgestellt wird. Da von Erdreich umgebene Kellerräume im allgemeinen nur kleinen Temperaturschwankungen unterworfen sind und die Verbrennungsluft für den Brenner aus dem diesen umgebenden Kellerraum stammt, kann die Zulufttemperatur ϑ_L als konstant angenommen und auf ihre Messung und Berücksichtigung bei der Ermittlung der Kesselzustandstemperatur Θ verzichtet werden. In diesem Fall ist auch die optimale Kesselzustandstemperatur Θ_opt verschieden von jener Kesselzustandstemperatur Θ_opt, die sich bei Berücksichtigung der Zulufttemperatur ϑ_L ergibt. Auf diese Weise lassen sich besonders preiswerte Einrichtungen zur Anzeige des Kesselzustandes herstellen.

In dem Fall, daß die Zuluft für den Brenner nicht aus dem Kellerraum, sondern direkt aus der Umgebung des Gebäudes bezogen wird, ist es zweckmäßig, einen allenfalls vorhandenen Außenfühler für die Temperatur, wie er zur witterungsgeführten Regelung von Heizungsanlagen gebräuchlich ist, als Fühler für die Zulufttemperatur ϑ_L mit zu verwenden.

Bei neu einzubauenden Heizungssteuerungen wird es zweckmäßig sein, die zur Anzeige des Kesselzustandes nötigen Baugruppen wie die Verstärker 4 und 5, die Summierschaltung 6, die Anzeigevorrichtung 7 sowie gegebenenfalls auch den Komparator 8 und die Sollwert-Einstellvorrichtung 9 in den Kesselregler zu integrieren. Falls der Kesselregler in Digitaltechnik realisiert ist, ist es zweckmäßig, auch die Vorrichtung zur Anzeige des Kesselzustandes in Digitaltechnik auszuführen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Anzeige des Zustandes eines Heizkessels in einer Zentralheizungsanlage, insbe­ sondere für kleine und mittlere Wärmeleistungen, bei der eine im Rauchgas gemessene Temperatur ϑ_R mit mindestens einer weiteren Zustandsgröße in Beziehung setzbar und eine davon abgeleitete Größe in einem Anzeigeinstrument anzeigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgastemperatur ϑ_R mit der Kessel­ temperatur ϑ_K in Beziehung gesetzt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rauchgastemperatur ϑ_R mit der Zulufttemperatur ϑ_L und der Kesseltemperatur ϑ_K in Beziehung gesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus der Rauchgastemperatur ϑ_R, der Kesseltemperatur ϑ_K und einem Bauart-Faktor β eine Kesselzustandstemperatur Θ gemäß der Formel Θ = ϑ_R - β · ϑ_Kgebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus der Rauchgastemperatur ϑ_R, der Zulufttemperatur ϑ_L, der Kesseltemperatur ϑ_K und zwei Bauart-Faktoren α und β eine Kesselzustands­ temperatur Θ gemäß der Formel Θ = ϑ_R + α·ϑ_L - β · ϑ_Kgebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselzustandstemperatur Θ an dem Anzeigeinstrument dargestellt wird.

6. Vorrichtung nach Anspuch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Anzeigeinstrument ein Analog­ instrument ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Analoginstrument eine Skala be­ sitzt, auf der die Bereiche "gut" und "schlecht" ge­ kennzeichnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselzustandstemperatur Θ mit einem einstellbaren Grenzwert verglichen wird und daß dann, wenn die Kesselzustandstempe­ ratur Θ größer ist als der Grenzwert, dieser Zu­ stand durch das Erregen einer optischen oder aku­ stischen Warneinrichtung angezeigt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgastemperatur ϑ_R, Zulufttemperatur ϑ_L und Kesseltemperatur ϑ_K mittels Widerstandsfühlern gemessen werden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgastemperatur ϑ_R, Zulufttemperatur ϑ_L und Kesseltemperatur ϑ_K mittels Thermoelementen gemessen wird.