DE3817598A1 - Vorrichtung zum regeln der verbrennungsleistung eines feststoffheizkessels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Verbrennungsleistung eines Feststoffheizkessels durch temperaturabhängige Regelung der von einem Zuluftgebläse dem Brennraum des Kessels zugeführten Zuluftmenge.

Bei Vorrichtungen dieser Art ist es bekannt, über einen Regelthermostaten das Zuluftgebläse bei sinkender Kesseltemperatur einzuschalten und bei steigender Kesseltemperatur abzuschalten, um auf diese Weise die Wärmeabgabe des Fest­ stoffheizkessels dem Bedarf anzupassen.

Bei einer derartigen Vorrichtung soll also nur diejenige Wärmemenge erzeugt werden, die für Beheizung, Brauchwasser und dergleichen notwendig ist. Dies führt zu einem modulierenden Leistungsbetrieb. Im Teillastbereich der Heizperio­ de werden die Nachlegeintervalle verlängert.

Der Übergang von einem auf einen anderen Lastbereich, insbesondere der Über­ gang von Vollast auf Teillast, ist jedoch bei Feststoffheizkesseln, d. h. Heizkes­ seln, die insbesondere mit Stückholz beschickt werden, problematisch. Durch Überschußleistung des Kessels kommt es im Teillastbereich leicht zu den für Kessel, Kamin und Umwelt schädlichen Sottungsphasen, bei denen ein großer Teil der Energie unnütz verlorengeht. Holz enthält etwa 85% gasende Bestand­ teile. Das Abschalten des Zuluftgebläses bei Erreichen der Kesseltemperatur hat bei bekannten Vorrichtungen insbesondere einen steilen Anstieg der Emission von Kohlenmonoxid zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die im Nennlastbetrieb bereits bisher erzielten guten, insbesondere umweltschonenden, Verbrennungswerte auch auf die Schwachlastphase zu über­ tragen und insbesondere dem in hohem Maße unerwünschten Gasen bei Leistungs­ minderung zu begegnen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zuluftgebläse an ein für eine nur sehr langsame Änderung der dem Brennraum des Kessels zugeführten Zuluft­ menge sorgendes Regelgerät angeschlossen ist. Vorzugsweise ist dabei das Re­ gelgerät derart ausgelegt, daß es nach Erreichen einer vorgegebenen Höchsttem­ peratur des Kessels das Zuluftgebläse mit einer hohen Zeitkonstanten langsam auf eine minimale Leistung drosselt und erst dann abschaltet. Die Zeitkonstante kann beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 30 min liegen. Als besonders ge­ eignet erwies sich beispielsweise eine Zeitkonstante von etwa 10 bis 20 min.

Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet besonders umweltfreundlich, während zugleich ein hoher Wirkungs- und Nutzungsgrad aufrechterhalten wird.

Vorzugsweise bestimmt das vorgesehene Regelgerät die Drehzahl des Zuluftgeblä­ ses, obwohl es grundsätzlich auch möglich ist, das Regelgerät auf eine mechani­ sche Luftregeleinrichtung zum Beeinflussen der in den Kesselbrennraum einge­ führten Zuluftmenge einwirken zu lassen.

Für die Regelung der dem Brennraum des Kessels zugeführten Zuluftmenge kön­ nen als Einflußfaktoren zweckmäßig die Kesseltemperatur, die Kesselrücklauftem­ peratur, die Abgastemperatur und die Außentemperatur einzeln, in Kombination oder in beliebigen Teilkombinationen berücksichtigt werden.

In Reihe mit einem dem Antrieb des Zuluftgebläses dienenden Gebläsemotor liegen zweckmäßig ein Sicherheitstemperaturbegrenzer und/oder ein Türkontaktschalter, mittels deren das Gebläse abgeschaltet wird, wenn eine vorbestimmte Höchsttem­ peratur überschritten bzw. die Kesseltüre geöffnet wird.

An das Regelgerät können zusätzliche Baugruppen angeschlossen sein, insbeson­ dere ein oder mehrere dem Heizkreis zugeordnete Motormischer und/oder ein mit dem Heizkreis verbundener zusätzlicher Pufferspeicher.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Heizanlage mit erfindungsgemäß ausge­ bildeter Regelvorrichtung,

Fig. 2 das bei der Anlage nach Fig. 1 verwendete Regelge­ rät mit daran angeschlossenen Baugruppen, und

Fig. 3, 4 und 5 abgewandelte Heizanlagen.

In Fig. 1 ist ein Feststoffheizkessel insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Kessel 10 weist einen Brennraum 11 auf, in den nach Öffnen einer Fülltür 12 fester Brenn­ stoff, insbesondere Stückholz oder Koks, eingebracht werden kann. Auf der Fülltür 12 ist ein Zuluftgebläse 13 montiert. Mittels des Gebläses 13 kann in den Brennraum 11 Zuluft eingeblasen werden. An der der Fülltür 12 gegenüberliegen­ den Seite des Heizkessels 10 befinden sich ein Heizungsvorlaufanschluß 14, ein Rauchrohr 15 und ein Heizungsrücklaufanschluß 16. Der Vorlaufanschluß 14 steht über eine Leitung 17 mit dem Einlaß eines Heizkörpers 18 in Verbindung, dessen Auslaß über Leitungen 19 und 20 mit dem Rücklaufanschluß 16 verbunden ist. Es versteht sich, daß an Stelle eines Heizkörpers auch eine Mehrzahl solcher Heizkörper vorgesehen sein kann. In der Leitung 17 sitzt eine Heizungs- oder Umwälzpumpe 21. Über Leitungen 22, 23 und die Leitungen 17, 20 steht ferner ein Brauchwasserspeicher 24 mit dem Vorlauf- und dem Rücklaufanschluß 14 bzw. 16 in Verbindung. In der Leitung 23 liegt eine Speicherladepumpe 25.

Ein mit einem Anzeige- oder Displayfeld 26 versehenes Regelgerät ist in Fig. 1 bei 27 veranschaulicht. Eingänge des Regelgeräts 27 sind über eine Leitung 28 an einen die Vorlauftemperatur bestimmenden Vorlauffühler 29 (Fig. 2), über eine Leitung 30 an einen die Rücklauftemperatur ermittelnden Kesselrücklauf­ fühler 31, über eine Leitung 32 an einen die Kesseltemperatur überwachenden Kesselfühler 33, über eine Leitung 34 an einen die Abgastemperatur bestimmen­ den Abgasfühler 35, über eine Leitung 36 an einen die Raumtemperatur bestim­ menden Raumfühler 37 sowie über eine Leitung 38 an einen die Außentemperatur überwachenden Außenfühler 39 angeschlossen. Ausgänge des Regelgerätes 27 stehen über eine Leitung 40 mit dem Zuluftgebläse 13, über eine Leitung 41 mit der Heizungspumpe 21 und über eine Leitung 42 mit der Speicherladepumpe 25 in Verbindung. Eine Leitung 43 verbindet das Regelgerät 27 mit einer Fern- oder Wohnungsanzeige 44. Schließlich steht das Regelgerät 27 mit dem Kessel 10 über eine Fernzünd- oder Startleitung 45 in Verbindung.

Die Stromversorgung der Heizanlage einschließlich des Regelgerätes 27 erfolgt aus Netzleitungen L und N (Fig. 2) über einen Netzschalter S 1 und eine Netz­ eingangssicherung F 1. Befindet sich der Netzschalter S 1 in der Stellung AUS, ist ein gegebenenfalls an einem Ausgang BRENNER ÖL/GAS angeschlossener Brenner dauernd freigegeben, da dieser Ausgang an einem Ruhekontakt 46 hängt. Der Feststoffheizkessel 10 kann auf diese Weise über einen Öl- oder Gasbrenner betrieben werden, statt, wie normal, über die Fülltür 12 mit festem Brennstoff beschickt zu werden. In der Stellung AUS des Netzschalters S 1 ist die Strom­ versorgung für das Regelgerät 27 sowie alle an dieses Gerät angeschlossenen Verbraucher abgeschaltet. In der Stellung EIN des Netzschalters S 1 ist das Re­ gelgerät 27 eingeschaltet.

Mit Hilfe eines Betriebsarten-Wählschalters S 2 sind zwei Betriebsarten, nämlich Handbetrieb und Automatikbetrieb, wählbar. In der Stellung "Auto" des Betriebs­ arten-Wählschalters S 2 verarbeitet das Regelgerät 27 die Meßwerte der ange­ schlossenen Fühler, und es steuert die Drehzahl des Zuluftgebläses 13 in Ab­ hängigkeit von diesen gemessenen Werten. Wird der Wählschalter S 2 in die Stel­ lung "Hand" gebracht, läuft das Zuluftgebläse 13 mit maximaler Drehzahl. Der Brenner ist dauernd blockiert. In Reihe mit dem Gebläsemotor liegt bei Handbe­ trieb ein Kesseltemperaturwächter 47, der auf eine vorbestimmte Kesseltempera­ tur fest eingestellt ist und bei Überschreiten dieser Temperatur das Gebläse 13 abschaltet.

Unabhängig von der Schaltstellung des Wählschalters S 2 liegen in Reihe mit dem Gebläsemotor ein Sicherheitstemperaturbegrenzer 48 und ein Türkontaktschalter 49. Über den Sicherheitstemperaturbegrenzer 48 wird das Gebläse in jedem Fall abgeschaltet, sobald eine vorbestimmte Höchsttemperatur (z. B. 110°C) über­ schritten wird. Der Türkontaktschalter 49 sorgt für ein selbsttätiges Abschalten des Gebläses 13 beim Öffnen der Fülltür 12 des Kessels 10.

Der Sollwert der Kesseltemperatur wird zweckmäßig aus der Außentemperatur und der Steilheit bestimmt. Die Steilheit kann ihrerseits vorzugsweise am Regel­ gerät 27 eingestellt werden. Zusätzlich ist vorteilhafterweise dafür gesorgt, daß sich die Differenz der Kesselvorlauftemperatur und der Kesselrücklauftemperatur auf den Sollwert der Kesseltemperatur auswirkt. Der Rücklauffühler 31 ist je­ doch optional; bei nichtvorhandenem Rücklauffühler bleibt die Rücklauftempera­ tur unberücksichtigt.

Nach Beschicken des Kessels 10 mit festem Brennstoff und dem Anzünden wird der Startvorgang der Kesselregelung durch Betätigen eines Start-Tasters 50 aus­ gelöst. Unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (Kesselminimalbegrenzung) wird das Zuluftgebläse 13 für eine von einem Zeitglied bestimmte Zeitspanne mit der Maximaldrehzahl zum Laufen gebracht. Wird während dieser Zeitspanne die Kesselminimalbegrenzung nicht überschritten, wird das Gebläse 13 abgeschaltet. Wird dagegen die Kesselminimalbegrenzung während der von dem Zeitglied vorbe­ stimmten Startzeitspanne überschritten, setzt der normale Regelbetrieb ein. Dabei wird die Heizungspumpe 21 zugeschaltet, sobald die Kesseltemperatur eine Min­ destregeltemperatur überschreitet. Sinkt die Kesseltemperatur wieder ab, wird die Pumpe 21 abgeschaltet. Im Bereich zwischen der Mindestregeltemperatur und einer Höchstregeltemperatur wird die Gebläsedrehzahl zweckmäßig durch die Ab­ weichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Kesseltemperatur bestimmt. Befindet sich der Istwert der Kesseltemperatur um mindestens einen vorbestimm­ ten Differenzbetrag unter dem Sollwert, läuft das Gebläse 13 auf Maximaldrehzahl. Steigt die Kessel-Isttemperatur an und wird dabei die Abweichung zwischen Soll- und Istwert kleiner als der vorbestimmte Differenzbetrag, wird die Gebläsedreh­ zahl gesenkt, bis nach Erreichen der Solltemperatur das Gebläse 13 stillgesetzt wird. Dabei wird die Drehzahl nur langsam, d.h. mit hoher Zeitkonstante, geän­ dert.

Die Kesseltemperatur-Maximalbegrenzung soll gedämpft reagieren, derart, daß ab einer bestimmten Kesseltemperatur die Gebläsedrehzahl gedrosselt wird, bis bei einer maximalen Temperatur der Stillstand des Gebläses 13 eintritt. Sollte letzteres im Einzelfall nicht möglich sein, ist die Maximalbegrenzung mit einer Hysterese von einigen °C zu versehen.

Außer den vorstehend genannten Einflußfaktoren wirkt auf die Drehzahl des Ge­ bläses 13 vorzugsweise auch die Abgastemperatur. Wird eine vorgegebene Abgas­ temperatur-Maximalbegrenzung überschritten, wird die Gebläsedrehzahl zeitlich verzögert reduziert. Wird eine vorbestimmte Abgastemperatur-Minimalbegrenzung dagegen unterschritten, wird die Gebläsedrehzahl zeitlich verzögert angehoben.

Kommt es nach normalem Heizbetrieb wieder zu einer Unterschreitung der Kes­ selminimalbegrenzung, wird das oben erwähnte Zeitglied erneut gestartet. Bei Unterschreiten der Kesselminimaltemperatur wird zweckmäßig die Wohnungsan­ zeige 44 in Betrieb gesetzt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 steuert das Regelgerät 27 auch die Spei­ cherladepumpe 25. Dabei kann im Regelgerät 27 zweckmäßig eine vorbestimmte Differenz zwischen Kesseltemperatur und Kesselrücklauftemperatur eingestellt sein. Ist der Wert der gemessenen Temperaturdifferenz kleiner als dieser einge­ stellte Wert, wird die Speicherladepumpe 25 abgeschaltet, wobei ein vorrangiges Abschalten der Pumpe 25 auch bei Unterschreiten der Kesselminimalbegrenzung erfolgt.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Vorlaufleitung 17 und die Rücklaufleitung 19 an einen Motormischer 51 angeschlossen. Dabei kann zweckmäßig das Regelgerät 27 für eine witterungsgeführte Vorlauftemperaturre­ gelung ausgelegt sein und den Mischer 51 zur Regelung der Vorlauftemperatur ansteuern. Die Außentemperatur wird von dem ohnehin vorhandenen Außenfüh­ ler 39 übernommen. Der Raumfühler 37 oder ein Fernbedienregler können wahl­ weise angeschlossen werden. Die Reglerausgangsleitung zum Ansteuern des Mo­ tormischers 51 ist bei 52 dargestellt. 59 ist ein Vorlauffühler.

Im Falle der in Fig. 4 veranschaulichten abgewandelten Ausführungsform sitzt zwischen dem Heizkessel 10 und dem Brauchwasserspeicher 24 ein zusätzlicher Pufferspeicher 53, wie er an sich aus der DE-OS 36 24 864 bekannt ist. Dem Pufferspeicher 53 sind eine Pufferspeicherpumpe 54 und ein Motormischer 55 zugeordnet. Die Pufferspeicherpumpe 54 liegt in der Rücklaufleitung 20. Der Motormischer 55 ist mit dieser Rücklaufleitung 20 und einer Verbindungsleitung 56 zwischen einer unteren Anschlußleitung 57 und einer oberen Anschlußleitung 58 verbunden. Der Motormischer 55 wird zweckmäßig von dem Regelgerät 27 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Kesseltemperatur und der Kes­ selrücklauftemperatur angesteuert.

Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind sowohl der Mischer 51 gemäß Fig. 3 als auch der Mischer 55 gemäß Fig. 4 vorhanden. Bei­ de Mischer werden vorteilhaft von dem Regelgerät 27 angesteuert.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Regeln der Verbrennungsleistung eines Feststoffheizkessels durch temperaturabhängige Regelung der von einem Zuluftgebläse dem Brenn­ raum des Kessels zugeführten Zuluftmenge, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zuluftgebläse (13) an ein für eine nur sehr langsame Änderung der dem Brennraum (11) des Kessels (10) zugeführ­ ten Zuluftmenge sorgendes Regelgerät (27) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät (27) derart ausgelegt ist, daß es nach Erreichen einer vorgegebenen Höchst­ temperatur das Zuluftgebläse (13) mit einer hohen Zeitkonstanten langsam auf eine minimale Leistung drosselt und erst dann abschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Re­ gelgerät (27) zwecks langsamer Änderung der Zuluftmenge mit einem Verzö­ gerungsglied ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelung der dem Brennraum (11) des Kessels (10) zuge­ führten Zuluftmenge in Abhängigkeit von der Kesseltemperatur und/oder der Kesselrücklauftemperatur und/oder der Abgastemperatur und/oder Außentem­ peratur erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Regelgerät (27) die Drehzahl des Zuluftgebläses (13) bestimmt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Reihe mit einem dem Antrieb des Zuluftgebläses (13) die­ nenden Gebläsemotor ein Sicherheitstemperaturbegrenzer (48) liegt, der das Gebläse bei Überschreiten einer vorbestimmten Höchsttemperatur abschaltet.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Reihe mit einem dem Antrieb des Zuluftgebläses (13) die­ nenden Gebläsemotor ein Türkontaktschalter (49) liegt, der das Gebläse bei Öffnen der Kesseltüre (12) abschaltet.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an das Regelgerät (27) zusätzlich mindestens ein dem Heiz­ kreis zugeordneter Motormischer (51, 55) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Heizkreis verbundenen zusätzliche Pufferspeicher (53).